[发明专利]一种多自由曲面反射镜测量数据的评价计算方法

说明书

本发明涉及一种多自由曲面反射镜测量数据的评价计算方法，包括下列步骤：(1)使用多表面测量数据中所有表面的测量数据与多自由曲面反射系统的设计模型进行坐标配准，完成测量坐标系与模型坐标系的统一；(2)使用经过坐标配准后的各表面测量数据分别与各自面型的设计模型方程进行坐标配准，完成各表面面形与位置误差的评价。

技术领域

本发明涉及一种反射镜测量数据的评价计算方法。

背景技术

多自由曲面反射系统指由一个以上反射镜表面共同完成其设计功能效果的系统，系统功能由这些表面的质量以及各个表面之间的相对位置关系共同决定。各表面间可能相互关联存在共同的定位基准，也可能互相独立于空间之中。多反射镜光学系统的一体制造极大程度的降低了多个表面装配组装的难度，进一步推进了自由曲面的广泛应用。高精度的完整测量与评价是多反射光学系统制造的基础保障，如今成熟的测量技术能够完成对单个表面的高精度测量，在曲面的实际评价过程中，测量曲面往往只相当于整个设计曲面上的一部分，并且测量曲面在设计曲面上的具体对应区域是未知的，需要确定测量曲面在设计曲面上的对应区域，通常要求具有较好的初值位置及几何约束，才能完成测量曲面和与之对应的设计曲面之间的匹配实现面形误差评价。而多自由曲面反射系统测量除了面形评价外还需要各表面相对位置误差的评价方法。

目前多自由曲面反射系统的评价方法往往需要添加额外的空间位置基准，或者使用表面本身的棱边、顶点、几何中心等几何特征作为相对位置定位基准，但这些做法与多自由曲面反射系统的设计理念相悖，同时实际测量过程中大多测量方法表面的测量范围有限难以完全包含测量表面的几何特征，鲜有能够完成多自由曲面反射系统相对位置测量的设备，并且大部分设备只能完成单一类型的多自由曲面反射系统的测量评价，缺少通用性。当下仍然缺少一种多自由曲面反射系统测量数据的位置误差与面形误差评价方法，能够不依赖特定测量仪器或测量系统，较为准确的完成多自由曲面反射系统的测量评价。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多表面面形测量数据的评价算法，无需在被测系统内添加额外的空间位置参考基准，无需计算表面的棱边、顶点、几何中心等几何特征，完成各表面面形误差与相对位置的评价。为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案。

一种多自由曲面反射镜测量数据的评价计算方法，包括下列步骤：

(1)使用多表面测量数据中所有表面的测量数据与多自由曲面反射系统的设计模型进行坐标配准，完成测量坐标系与模型坐标系的统一：用于坐标配准过程的刚体变换齐次矩阵H通过绕过点(x_L,y_L,z_L)，单位矢量方向为[e_x,e_y,e_z]^T的空间直线L与沿空间笛卡尔坐标系的X轴，Y轴和Z轴的平移量a，b和c表示，表达方式为：

其中，θ是绕单位矢量[e_x,e_y,e_z]^T旋转的角度；

设测量中，第j个表面的第i个测量数据点的坐标为P(i,j)，则其空间坐标如下表示：

P(i,j)＝(X(i,j),Y(i,j),Z(i,j))

设P(i,j)经过刚体变换后对应的模型点为Q(i,j)，此对应的模型点根据点距最近原则搜索得到；坐标配准过程优化求解刚体变换齐次矩阵H，使得测量数据到模型对应点的几何距离最小化，优化目标函数如下所示：

(2)使用经过坐标配准后的各表面测量数据分别与各自面型的设计模型方程进行坐标配准，完成各表面面形与位置误差的评价。方法如下：