[发明专利]基于散斑位置标定的反射式条纹面形测量方法与装置

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种基于散斑位置标定的反射式条纹面形测量方法与装置。该方法将被测表面散射光斑绝对位置标定和多相机多视场拼接式测量法与反射式条纹三维面形测量方法相结合，利用细光束与被测工件表面相互作用产生的散射光斑对被测表面的绝对高度进行标定，解决了由于无法非接触测得被测工件表面点的绝对高度信息而导致测量精度难以提高的难题；利用多个相机对被测件的不同部位进行三维面形测量，避免弯曲表面自身遮挡导致单相机测量数据不完整。本发明具有测量精度高、测量速度快、抗环境干扰能力强等优点，可用于对弯曲度大的高反射曲面进行快速三维面形测量。

主权项

1.基于散斑位置标定的反射式条纹面形测量方法，其特征在于：步骤a、将M个相机和条纹显示屏分别固定在被测工件的同一侧，M个相机分别装有各自的镜头，所述M个相机可分别从被测工件表面的不同部位采集到由其反射的条纹显示屏幕图像，将其对应的被测部位分别定义为部位一、部位二…部位M，并且所述M个部位中的每一个都分别与其他一个或多个有重叠区域；用细光束发生装置产生N条细光束，每条细光束与被测工件表面作用后会产生一个散射光斑标记点，每个散射光斑标记点都被两个或两个以上相机所采集，且每个相机都能采集到一个或一个以上的散射光斑标记点图像；其中M≥2，N≥1；步骤b、对每一个散射光斑标记点，根据能拍摄到它的相机对应的相机镜头主点坐标，光轴方向，以及相机镜头的焦距值和畸变量，结合其在对应相机上的像素位置及相机像素大小，通过几何光学光线追迹方法计算得到所述散射光斑标记点的空间坐标位置(^bx_n,^by_n,^bz_n)，其中n＝1,2,…,N；步骤c、在条纹显示屏上先后显示两组不同方向的余弦条纹图，每组余弦条纹图均由不同初始相位的条纹图构成，所述条纹图由被测工件表面反射后被M个相机同时拍摄，通过移相相位解算算法和相位解包裹算法，结合条纹显示屏上的条纹周期得到每个相机上的像素点和条纹显示屏上像素点的对应关系；步骤d、通过m号相机与条纹显示屏的像素对应关系，结合条纹显示屏的中心坐标，法线方向，m号相机镜头的主点坐标，光轴方向，m号相机镜头的焦距值和畸变量，条纹显示屏的像素大小和相机的像素大小，以及m号相机能采集到的散射光斑的空间坐标位置，利用梯度积分运算法计算得到被测工件部位m的三维形貌数据S_m，其中m＝1,2,…,M；步骤e、将测得的被测工件所有部位的三维形貌S_m进行合成，得到被测工件整体的表面三维形貌S。