[发明专利]一种高精度微曲面复光束光学检测方法和系统

说明书

本发明公开了一种高精度微曲面复光束光学检测方法和系统，涉及精密工程测量的技术领域，所述方法包括：向被测物体发射光束，采集被测物体旋转过程中的光束反射图像；对光束反射图像进行预处理，获得预处理图像；根据预处理图像，获得被测物体的旋转方向；根据预处理图像和旋转方向，计算被测物体的表面法向量，获得被测物体的表面法向量RGB图；对表面法向量RGB图进行处理，获得处理后的表面法向量；根据处理后的表面法向量计算被测物体上各点的深度值，组成被测物体的深度图；根据深度图重建被测物体的曲面模型。本发明可以快速、非接触的检测出被测物体的曲面信息，步骤简洁，检测过程自动化，检测效率高，检测结果准确。

技术领域

本发明涉及精密工程测量的技术领域，更具体地，涉及一种高精度微曲面复光束光学检测方法和系统。

背景技术

近年来，工业零器件的超精密加工技术在航空航天、国防、生物医学、通讯、微电子等高科技领域中的应用越来越广泛，并成为了光电及通讯行业的关键部件。多种多样的应用需求对零件的曲面面形精度也提出了更高的要求。准确测量曲面零件的表面形貌，不但能正确识别加工过程中的变化和缺陷，而且对控制和改进加工方法、研究表面几何特性与使用性能的关系，以及提高加工表面的质量和产品性能都有着重要意义。目前针对零件曲面的测量方法主要包括接触式测量方法和光学非接触式测量方法。接触式测量方法以探针式表面轮廓仪和三坐标测量机为代表，具有直观可靠、操作简单、通用性强的特点，垂直测量范围大，适合于微米或亚微米级工程表面的测量；但在测量速度慢，测量结果受温度变化影响较大。由于触针与被测零件表面接触，会对超精密加工曲面零件表面造成损伤，触针易磨损，并且无法对软性及柔性物体进行测量。光学非接触测量方法主要包括光栅投影方法和干涉测量方法，前者具有测量范围大、测量速度快以及易于在计算机控制下实现自动化测量等特点，可达微米级测量精度，但在测量曲面零件时，多采用喷涂其表面，改变其反射特性为漫反射后进行测量，削弱了光学测量方法的非接触优点；并且光栅投影方法多基于远心光路模型或通过复杂的测量机构来获得相位偏移与被测物体表面形貌间的对应关系，且相位偏移信息的获取需要在对被测物体进行测量前，首先对一实际参考平面进行测量以获取参考相位，通过将其与被测物体表面对应点的相位值相减得到相位偏移，增加了测量复杂度，降低了测量效率。后者作为一种高精度测量方法，广泛应用于高反射面形检测，但通常干涉系统需要单色光源，且设计精密，结构复杂，造价昂贵，影响了干涉测量方法的使用。

现有技术提供了一种高反射自由曲面光栅投影快速非接触测量方法及装置，该方法借助于精密运动控制系统实现被测物体三自由度运动；使用光栅投影装置向被测物体表面投射编码光栅条纹；使用数字相移技术和相位展开算法从变形条纹图中获得被测物体表面的相位分布信息；使用虚拟参考面技术获取参考相位分布；根据相位偏移信息与被测物体表面梯度间的对应关系，恢复出被测物体表面测量区域的三维形貌信息；该发明需要获得相位偏移与被测物体表面形貌间的对应关系，增加了测量复杂度，检测效率低。

发明内容

本发明为克服上述现有技术无法兼顾检测效率和检测精度的缺陷，提供一种高精度微曲面复光束光学检测方法和系统，可以快速、非接触的检测出被测物体的曲面信息，步骤简洁，检测过程自动化，检测效率高，检测结果准确。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种高精度微曲面复光束光学检测方法，包括：

S1：向被测物体发射光束，采集被测物体旋转过程中的光束反射图像；

S2：对光束反射图像进行预处理，获得预处理图像；

S3：根据预处理图像，获得被测物体的旋转方向；

S4：根据预处理图像和旋转方向，计算被测物体的表面法向量，获得被测物体的表面法向量RGB图；

S5：对表面法向量RGB图进行处理，获得处理后的表面法向量；