[发明专利]基于粒子群解调点光源干涉的三维坐标快速测量方法

摘要

本发明公开了一种基于粒子群解调点光源干涉的三维坐标快速测量方法，本发明充分考虑了测量探头在测量过程中可能出现的状态，建立的数学模型将探头的运动状态量分为位置量与旋转量，以此简化迭代算法在搜索解过程中的难度；本发明具有该简单易行，误差来源少，效率高，精度高，且同时满足高效、便携、实时、快速的测量需求的特点。

主权项

一种基于粒子群解调点光源干涉的三维坐标快速测量方法，其特征是，包括如下步骤：(1‑1)将设有两条平行光纤作为两个点光源的测量探头安装到待测件上，利用光学影像测量仪测量并得到两条光纤的距离d0，两条光纤分别发出球面波，两束球面波形成干涉场，将干涉场定义为测量空间，在测量空间内放置不含成像镜头的CCD光电探测器，CCD光电探测器采集一个条纹周期内等间距移相的五幅相应的干涉图样Ii，i＝1，2，3，4，5；(1‑2)利用五步移相算法重构干涉图样Ii，i＝1，2，3，4，5，得到与被测目标三维坐标量相对应的相位差矩阵(1‑3)设定测量探头中两个点光源连线中点为球坐标系原点O’，两个点光源之间的距离d，则两个点光源在球坐标系中的坐标分别为(d/2，θ，σ)和(d/2，θ+π，σ+π)；设定CCD平面上中心像素点为直角坐标系原点O，设定在相位差矩阵中一个已知坐标值为(a，b，c)的点P到测量探头中点光源1和点光源2的距离分别为r1和r2，定义点P处的相位差值为(x0，y0，z0)为两个点光源连线中点在直角坐标系中的未知坐标；r1=(a-d2cos(σ)sin(θ)-x0)2+(b-d2sin(σ)sin(θ)-y0)2+(c-d2cos(θ)-z0)2,]]>r2=(a+d2cos(σ)sin(θ)-x0)2+(b+d2sin(σ)sin(θ)-y0)2+(c+d2cos(θ)-z0)2,]]>根据光程差与相位差之间的对应的关系，得到：(1‑4)因为坐标(x0，y0，z0)，(d/2，θ，σ)和(d/2，θ+π，σ+π)与空间点P处相位差存在的一一对应的关系，所以可设定函数f(x)：式中，x＝(x0，y0，z0，θ，σ，d)为测量探头中两个点光源的三维绝对位移和旋转量，为通过计算得到坐标原点的相位差值，为实际测得CCD平面上的相位差值，ζ为实际测得坐标原点的相位差值；选取像素数m≥6的像素点数据，构建超定非线性方程组F(x)并转化为二次范函数形式Ψ(x)：ψ(x)=12F(x)TF(x)=12Σi=1mfi2(x)]]>fi(x)为设定函数f(x)的第i个方程，定义二次范函数Ψ(x)为评价函数，方程组F(x)中的方程数量为m，采用粒子群算法求解得到x＝(x0，y0，z0，θ，σ，d)，并提取位置量(x0，y0，z0，d)和旋转量(θ，σ)。