大口径反射镜干涉仪立式检测反射光斑自动定位方法

摘要

大口径反射镜干涉仪立式检测反射光斑的自动定位方法，属于大口径反射镜高精度加工与检测技术领域，该方法借助于大口径反射镜检测平台反射镜光轴方向和垂直光轴平面的两个半径垂直方向上三套实时图像采集系统，同时拍摄固定在待加工反射镜体侧壁固定红色LED特征靶标a和绿色LED特征靶标b，对比靶标图像坐标变化，计算当前位置与理想位置的相对旋转角和平移量，自适应指导反射镜转台和平移导轨调整位置和姿态，从而使反射光斑正确返回检测光路，解决了人工空间寻找反射光斑的难题，也提高了光学检测效率。

主权项

大口径反射镜干涉仪立式检测反射光斑自动定位方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一，在待测反射镜侧壁安装微型红色LED点源a和绿色LED点源b作为特征靶标，两个LED在半径方向上的夹角小于90°；选择三套小畸变定焦镜头，小像元尺寸、高信噪比成像传感器组成的图像采集系统，镜头视场和成像传感器靶面要求覆盖待测反射镜侧壁的两个LED特征靶标；镜头焦距的选择需和系统工作距离相匹配，保证一个像元的像空间位置精度经镜头放大后满足物空间反射镜位置精度要求；三套图像采集系统分布为，俯视系统A位于反射镜光轴方向上，以俯视角度拍摄，主视系统B和C位于反射镜光轴垂直平面上，两者在反射镜半径方向上互相垂直，分别以主视角度和左视角度拍摄靶标图像；两个LED特征靶标具体夹角将与俯视系统A、主视系统B、左视系统C三方位图像采集系统匹配调整；步骤二，在确保三套图像采集系统均能完整拍摄到两个LED特征靶标的情况下，固定其位置，分别进行每套图像采集系统的放大倍率标定，计算出物空间实际物理距离与像空间像元大小的对应关系；分别进行每套图像采集系统的畸变标定，计算出各视场的畸变系数和系统全视场畸变校正矩阵；步骤三，开启三套图像采集系统，调整合适的曝光时间，使系统可以拍摄到发光的LED特征靶标而其他物体均为暗背景；采集俯视系统A的图像进行姿态分析；根据计算所得旋转角调整加工转台，根据两维平移量调整反射镜平移导轨，完成粗对准；步骤四，粗对准完成后同时采集主视系统B和左视系统C的图像进行姿态分析，计算旋转角及两维平移量，分析方法同步骤三；取剩余偏差较大的方位进行调整；步骤五，重新采集俯视系统A、主视系统B、左视系统C三个系统的图像，重复步骤三中的姿态分析，仍然取剩余偏差最大的方位进行调整，循环直至三个方位的剩余偏差均满足对准要求，反射光斑返回检测光路；步骤三中所述俯视系统A系统俯视图姿态分析方法为：首先对图像进行畸变校正，然后以质心法分别确定两个LED特征靶标靶标在图像中的位置坐标(X_A1,Y_A1)和(X_A2,Y_A2)，计算通过此两点的直线解析表达式：y＝k₁x+b₁   (1)而理想位置两点的直线解析表达式为：y＝k₂x+b₂   (2)式中b₁和b₂是直线是图像Y轴交点，k₁和k₂是直线斜率，即$\left\{\begin{array}{c}{k}_1={\mathrm{tg\alpha }}_1\\ k_2={\mathrm{tg\alpha }}_2\end{array}\right.---\left(3\right)$α₁和α₂是直线与图像X轴的夹角，定义逆时针旋转为正方向；因此当前位置和理想位置的相对旋转角dθ_A是：dθ_A＝α₂‑α₁＝arctg(k₂)‑arctg(k₁)   (4)由两点坐标还可以计算通过此两点的线段中点坐标(X_MA1,Y_MA1)以及理想位置两点的线段中点坐标(X_MA2,Y_MA2)，那么当前位置和理想位置的相对两维平移量为：$\left\{\begin{array}{c}{d}_{AX}=X_{MA2}-X_{MA1}\\ d_{AY}=Y_{MA2}-Y_{MA1}\end{array}\right.---\left(5\right)$此处计算出了像空间的平移量，单位为像元，根据俯视系统A的系统放大倍率系数β_A将其转换到靶标物理空间即可确定物空间的实际平移调整量。