[发明专利]一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置和方法

说明书

本发明涉及一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置和方法，装置包括第一立体偏折系统、第二立体偏折系统和计算机，第一立体偏折系统和第二立体偏折系统均包括一个投影屏幕和两台相机；第一立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过待测物体的第一镜面反射后被所述第一立体偏折系统中的两台相机接收到；第二立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过所述待测物体的第二镜面反射后被所述第二立体偏折系统中的两台相机接收到；计算机用于计算所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置参数，并基于所述位置参数计算所述待测物体第一镜面和第二镜面之间的夹角。本发明能够快速并精确地测量两个镜面之间的夹角。

技术领域

本发明涉及精密工程技术领域，特别是涉及一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置和方法。

背景技术

高精度夹角测量系统是工业生产和质量控制中的重要一环，例如合光棱镜和一些反射镜组，即便是很小的夹角误差都会导致光路的出错。测量系统主要可以分为非光学测量系统和光学测量系统。前者主要包括扫描探针显微镜(SPM)系统和电容电感测量系统等。SPM分辨率高，但是在超精密加工中难以实现；而电容电感测量系统分辨率高、系统简单且成本低，但是系统中使用到的传感器均需要标定，且量程范围较窄，超出范围后会有很大的非线性误差。光学测量系统则会运用到摄影测量法、结构光法、光学干涉法等原理和方法，其优点主要有测量精度高、动态特性好、响应迅速等。

在光学三维测量的领域中，基于光线反射的原理，镜面反射表面的光学测量方法中发展出立体偏折术测量方法。立体偏折术采用的是面光源，且通常由投影屏幕投射明暗相间的条纹作为光源；当光源投射到反射表面时，则被调制并反射进入相机中成像；根据调制图像和光源图像的关系即可恢复出反射表面的三维信息。目前还没有研究针对两个镜面平面，利用立体偏折术测量其夹角的技术方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置和方法，能够快速并精确地测量两个镜面之间的夹角。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量装置，包括第一立体偏折系统和第二立体偏折系统，所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统均包括一个投影屏幕和两台相机；所述第一立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过待测物体的第一镜面反射后被所述第一立体偏折系统中的两台相机接收到；所述第二立体偏折系统中的投影屏幕显示的图像经过所述待测物体的第二镜面反射后被所述第二立体偏折系统中的两台相机接收到；所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的两台相机均与计算机相连，所述计算机用于计算所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置参数，并基于所述位置参数计算所述待测物体第一镜面和第二镜面之间的夹角。

所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的投影屏幕和相机通过夹具固定在抗震平台上。

所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置参数包括所述第一立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、所述第二立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、以及所述第一立体偏折系统和所述第二立体偏折系统的位置关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种基于立体偏折技术的镜面夹角测量方法，采用上述的镜面夹角测量装置，包括以下步骤：

(1)对所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统中的每台相机进行标定，得到每台相机的内部参数和畸变参数；

(2)利用平面镜对所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统进行标定，获得所述第一立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系、以及所述第二立体偏折系统中投影屏幕与两台相机的位置关系；

(3)利用标准件标定整套测量装置，得到所述第一立体偏折系统和第二立体偏折系统的位置关系；