[发明专利]一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法

说明书

本发明涉及一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法，包括以下步骤：1)计算名义面形f上的测量点P的坐标并获取测量点P对应的法向量n；2)根据法向量n逆向追迹屏幕坐标S；3)将回转台从位置A旋转一定角度至位置B，并测量两个位置下的偏折图像，构建最小二乘代价方程；4)求解最小二乘代价方程，即得到实测子孔径表面的位置。与现有技术相比，本发明具有标定简单准确等优点。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，尤其是涉及一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法。

背景技术

高质量的光学元件越来越多地应用于各种领域，包括精密工程、航空航天等。光学元件的面形对其成像功能的实现至关重要。对于光滑的镜面，相位测量偏折术有着诸多优异的特性。其中，单目偏折术的测量系统简单，动态范围大，抗干扰能力强，可用于复杂曲面的测量，近年来得到广泛关注。其原理是在显示器上产生规则条纹，经被测表面反射后条纹发生变形，采用CCD相机拍摄变形图样，由已知被测工件面型参数估算被测点坐标，由几何关系推导可以计算出被测面形的表面梯度分布，再通过积分得到面形高度。

在实际测量过程中，待测工件的坐标系需要与工作台的世界坐标系统一，以便准确地估计被测点坐标。常用的方法是利用三坐标测量机或者激光跟踪器将工作台和待测工件进行坐标系标定，这种方法不仅标定工作繁琐困难，而且成本高昂。因此需要一种更简便的高精度工件定位的标定方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法，包括以下步骤：

1)计算名义面形f上的测量点P的坐标并获取测量点P对应的法向量n；

2)根据法向量n逆向追迹屏幕坐标S；

3)将回转台从位置A旋转一定角度至位置B，并测量两个位置下的偏折图像，构建最小二乘代价方程；

4)求解最小二乘代价方程，即得到实测子孔径表面的位置。

所述的步骤1)中，测量点P的坐标[x_p y_p f(x_p,y_p)]^T计算式为：

[x_p y_p f(x_p,y_p)]^T＝τr+(R_{w_m}·[x_c y_c z_c]^T+T_{w_m})

r＝R_{w_m}·([x_c y_c z_c]^T-T_{c_w})

其中，τ为P点到相机光心的距离，r为反射光线的单位方向向量，R_{w_m}为从世界坐标系到模型坐标系的旋转矩阵，[x_c y_c z_c]^T为世界坐标系中相机像素C的坐标，T_{w_m}为从世界坐标系到模型坐标系的平移向量，T_{c_w}为从相机坐标系到世界坐标系的平移向量。

所述的步骤2)具体为：

根据法向量n和反射定律计算入射光线i，根据入射光线i和屏幕所在平面相交的参数ε获取屏幕S的坐标，以及对应的屏幕原点和从屏幕坐标系到世界坐标系的平移向量T_{s_w}。