[发明专利]一种基于勒让德傅立叶多项式的圆柱干涉拼接方法和系统

说明书

本发明提供一种基于勒让德傅立叶多项式的圆柱干涉拼接方法和系统，其中，所述方法包括：利用柱面干涉测量系统依次获得待测圆柱的子孔径测量数据，相邻测量区域间没有重叠但紧密相连；根据所述的子孔径测量数据，利用Legendre多项式分离失调像差，获得子孔径面形数据；建立局部坐标系和全局坐标系，将所述的子孔径面形数据转换成全局三维坐标数据；利用勒让德傅立叶多项式拟合所述的全局三维坐标数据，即可获得待测圆柱的360度面形分布。本发明提供的技术方案无需重叠区，因此能够减少拼接测量所需的子孔径数目，缩短测量时间；无需计算重叠区的对应点，能够降低拼接计算的复杂度；采用最小二乘拟合，能够准确地获得待测圆柱的360度面形误差分布。

技术领域

本发明涉及光学三维测量领域，尤其涉及一种基于勒让德傅立叶多项式的圆柱干涉拼接方法。

背景技术

在现代工业中，精密轴类零件是机器设备中的重要组成部分，如精密机床的回转轴及空气静压轴承，精密陀螺中的气浮轴承、动压马达等。精密轴类零件的面形误差直接影响到精密设备的使用性能。因此，需要对精密轴类零件检测，获取它们的面形误差，为零件的加工误差分析及工艺提供指导，保证轴类零件的质量。

目前，针对精密轴类零件的面形误差检测，主要采用接触式测量方法，如三坐标测量机和圆柱度仪。然而，接触式测量方法的采样率低，难以获得高分辨率的测量结果，用于表征待测圆柱的360度面形误差分布。此外，接触式探针容易磨损，会产生测量误差，影响最终的测量结果。干涉测量术，作为光学三维测量技术的分支，由于具有非接触性、全场性、高精度、高分辨率等特点，使其在精密零件、光学元件的面形误差检测等领域得到了日益广泛的应用。

由于大口径、低F/数的参考镜制造存在困难，使得干涉术还存在解决大空间尺寸物体、大数值孔径(或低F/数)、高分辨率及特殊形状物体(如球面、柱面等)的面形测量等方面的难题。干涉拼接术为解决这类问题提供了新思路。它的基本原理是将被测物体划分为若干个小尺寸的子孔径，相邻的子孔径间有局部重叠区，每次用小口径的干涉系统测量待测物体的局面面形，通过移动、转动待测物体或干涉系统，测得全部子孔径面形，然后采用拼接术得到全孔径的测量结果。文献(J.Peng,H.Xu,Y.Yu,and M.Chen,“Stitchinginterferometry for cylindrical optics with large angular aperture,”Meas.Sci.Technol.,vol.26,no.2,p.25204,2015.)借鉴了干涉拼接术的基本思想，获得了大数值孔径柱面光学元件的全口径面形误差。然而，现有干涉拼接算法要求相邻的子孔径间有局部重叠区，因此子孔径数目较多，测量时间长。此外，为了实现拼接，需要查找重叠区内的对应点对，而调整机构的运动误差会引起点匹配误差，拼接过程需要采用迭代法消除点的匹配误差，导致拼接算法复杂。因此，如何提供一种高效、便捷的圆柱干涉拼接方法成为精密检测领域中的一项技术难题，亟待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于勒让德傅立叶(Legendre-Fourier)多项式的圆柱干涉拼接方法，旨在解决现有圆柱干涉拼接测量中需要重叠区、测量时间长；需要查找重叠区内的对应点，拼接算法复杂的问题。

本发明提出一种基于勒让德傅立叶多项式的圆柱干涉拼接方法，主要包括：

步骤一、利用柱面干涉测量系统获取待测圆柱的子孔径测量数据；

步骤二、根据所述子孔径测量数据，分离测量数据中的失调像差，获得子孔径面形数据；

步骤三、定义局部坐标系和全局坐标系，将所述的子孔径面形数据变换成全局三维坐标。

步骤四、利用勒让德傅立叶多项式拟合所述的全局三维坐标，所得拟合结果即为待测圆柱的360度面形误差分布。

另一方面，本发明还提供一种基于勒让德傅立叶多项式的圆柱干涉拼接系统，所述系统包括：