[发明专利]一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，用于对待测镜面物体进行三维面形重建，包括条纹显示模块、透明平板、标准平面镜、图像采集器和控制模块，同时本发明还涉及一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测方法，包括产生第一种正弦条纹；获取第一标准条纹图以及第一变形条纹图；使用第一种正弦条纹并移走透明平板或直接产生第二种正弦条纹，获取第二标准条纹图以及第二变形条纹图；利用相移技术和相位展开方法获取标准条纹图和变形图的相位分布；利用条纹的相位和高度关系进行镜面物体的三维面形重建。与现有技术相比，本发明具有精度高、实用性强等优点。

技术领域

本发明涉及光学检测技术，尤其是涉及一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统及检测方法。

背景技术

三维面形信息在工业、医学、军事和空间科学等领域起着重要的作用，光学检测技术因其具有非接触、实时快速和检测精度高等优势，而被广泛地用来获取物体的三维面形信息。目前，光学检测技术主要有三坐标测量机、干涉仪和条纹偏折法等。三坐标测量机是一种逐点测量方法，并且测量头需要接触待测镜面表面，该方法测量耗时，并且容易损伤待测镜面。干涉仪的测量精度较高，但是仪器价格昂贵。条纹偏折法具有结构简单、成本低、测量精度高和操作方便等优点，广泛地应用于镜面物体的三维面形检测。

2010年，赵文川等在文章“基于相位测量偏折术的非球面镜检测方法.中国激光.2010，37(5)：1338-1341.”中通过移动显示条纹的液晶显示模块，分析相机采集的条纹，得到像素点对应的反射光线和入射光线，进而确定待测镜面的梯度信息，通过积分梯度重建待测面形。该方法中条纹显示模块的移动和积分都给测量结果带入了误差。

2016年，本发明第一发明人郭春凤等在文章“一种改进的检测非球面的相位测量偏折术”(Improved phase-measuring deflectometry for aspheric surfacestest.Applied Optics，2016.55(8)：2059-2064.)中，基于朗奇检测的几何原理对相位测量偏折术进行逆向光路分析，得到待测镜面偏离理想镜面的偏差梯度，通过积分获得待测镜面的偏差，进而重建待测镜面的三维面形。该方法避免了条纹显示模块移动给测量结果带来的误差，但是由于需要积分梯度，三维面形的测量数据存在较高的累积误差。

2018年，河北工业大学的张宗华等人公开了一种镜面物体三维形貌测量方法及装置，该专利的中国专利申请号为201811596665.8，公开了一个半透半反镜使条纹显示模块垂直于光轴的放置，分析相机采集条纹，利用条纹的相位和高度的直接关系重建待测面形。该方法无需移动条纹显示模块和积分，提高了检测精度，但是半透半反镜的使用，使光线透过和反射时偏离理想光线，给最终的测量结果带来了误差。

综上所述，对于传统的条纹偏折方法，光学元件的移动、梯度积分和改变光路的半透半反镜都会给最终的测量结果带来误差。因此，提供一种无须移动条纹显示模块、积分计算和半透半反镜使用的镜面面形检测方法是现有技术需要解决的问题。

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精度高、实用性强的基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于条纹偏折的镜面物体三维面形检测系统，用于对待测镜面物体进行三维面形检测，其特征在于，包括条纹显示模块、透明平板、标准平面镜、图像采集器和控制模块；

所述的待测镜面物体设置在标准平面镜的正面一侧，与标准平面镜相连；

所述的条纹显示模块与标准平面镜平行设置，且条纹显示模块的中心偏离待测镜面物体的光轴设置；

所述的透明平板与条纹显示模块平行，设置在条纹显示模块与待测镜面物体之间；

所述的条纹显示模块和图像采集器分别与控制模块相连；