一种大口径非球面镜结构光检测方法

摘要

一种大口径非球面镜结构光检测方法，在显示屏上显示结构特征图样，投影在被测镜上被反射回来，由摄像机进行拍摄。通过对拍摄的图像进行分析处理，从而获得被测非球面面形全场信息。本发明结构简单、使用方便、灵敏度高，对环境无特殊要求，可在车间环境中进行检测，为大口径、大相对口径非球面镜的检测提供了一种有效的手段，尤其是在制造的精磨和抛光阶段，具有广阔的应用前景。

主权项

1.一种大口径非球面镜结构光检测方法，其特征在于：采用的测量系统由摄像机、显示屏和计算机组成，其中摄像机和显示屏放置无其他特殊要求，只要摄像机通过被测镜后能看到显示屏即可，显示屏上显示由计算机生成的特征图样，经被测镜反射后被摄像机所拍摄，摄像机拍摄得到的图像送往计算机进行处理，通过计算进行光线追迹，根据光线反射定律得到被测面形的梯度分布，最后积分重建被测镜的面形分布；检测方法具体实现如下： 第一步，首先对摄像机进行标定， 第二步，显示屏标定，得到摄像机与显示屏的空间位置关系，通过尺子、激光跟踪仪工具直接测量完成，或利用已标定的摄像机和带特征图样的参考平面镜通过坐标系变换计算完成； 第三步，被测镜标定，得到摄像机与被测镜的空间位置关系，通过尺子、激光跟踪仪工具直接测量完成，或在被测镜上放置特征图样，利用已标定的摄像机来完成，完成系统标定得到摄像机、显示屏和被测镜三个坐标系的空间位置关系后，就可以将三者统一到同一个坐标系下，即摄像机坐标系或显示屏坐标系或被测镜坐标系； 第四步，摄像机拍摄通过被测镜观察显示屏，并拍摄得到显示屏上的正弦条纹图，摄像机拍摄的反射图像就携带了被测镜的面形信息，会发生变形而不同于显示屏所显示的特征图样，变形量取决于被测镜的面形，根据相位分布计算出S点的空间坐标(x_s,y_s,z_s)，反射光线的方向用向量表示为：r_r＝(x_p-x_m,y_p-y_m,z_p-z_m)；其中(x_m,y_m,z_m)表示被测镜面上点，(x_p,y_p,z_p)表示摄像机像素平面上的点，S指显示屏上的点； 第五步，根据光线反射定律，由入射光线方向向量r_i和反射光线的方向用向量r_r计算得到被测镜面形法线： 第六步，由被测镜面形法线向量得到面形梯度分布，再积分重建面形：