一种点扫描三维形貌测量系统标定方法

摘要

一种点扫描三维形貌测量系统标定方法，它有三大步骤：首先建立测量系统模型，确定待标定参数；然后利用精密位移台、精密转台和标准平面靶标作为标定装置，调整其相互位置与姿态满足标定要求，通过精密位移台和转台带动标准平面靶标的移动和转动获得各方向的标定数据；最后，通过最大似然估计的方法求解待标定参数，确定系统模型，实现系统精确标定。本发明在光电测量领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

主权项

1.一种点扫描三维形貌测量系统标定方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：系统建模；根据系统测量原理建立数学模型，确定待标定参数；激光器发出光束先后经过X振镜正面、左反射镜、Y振镜左端后入射到被测目标表面，产生漫反射光斑，又经过Y振镜右端、右反射镜、X振镜反面后被成像透镜会聚在线阵CCD上成为像点；根据成像光点位置和扫描振镜偏转角求解被测点三维坐标，待测物点的三维坐标（X，Y，Z）的表达式为X=-x(p,θ)         （1）其中，p、θ、为测量中的已知量，γ、hx、hy、hz为待标定系统结构参数，x(p,θ)，z(p,θ)为测量中间变量，其表达式为$x(p,\theta )=\frac{P_{\infty }}{P_{\infty }-p}(X_0\left(\theta \right)-X_{-\infty }\left(\theta \right))+X_{-\infty }\left(\theta \right)---\left(4\right)$$z(p,\theta )=\frac{P_{\infty }}{P_{\infty }-p}(Z_0\left(\theta \right)-Z_{-\infty }\left(\theta \right))+Z_{-\infty }\left(\theta \right)---\left(5\right)$其中，P_∞、X₀(θ)、Z₀(θ)、X_-∞(θ)、Z_-∞(θ)为待标定的结构参数；对系统光路进行展开分析，X₀(θ)，Z₀(θ)的表达式为$X_0\left(\theta \right)=-h_x[1-\cos \left(\frac{\gamma +\pi }{2}\right)]\frac{\sin \left(4\theta \right)}{\sin \left(\gamma \right)}---\left(6\right)$$Z_0\left(\theta \right)=h_x[1-\cos \left(\frac{\gamma +\pi }{2}\right)]\frac{\cos \left(4\theta \right)+\cos \left(\gamma \right)}{\sin \left(\gamma \right)}---\left(7\right)$步骤二：调整标定装置；调整精密位移台移动方向与测量系统Z轴方向一致，精密转台置于位移台之上，转台中心轴线与系统Z轴垂直相交，标准平面靶标置于精密转台上，被测面通过转台中心且垂直于系统Z轴；步骤三：获取标定数据；仅使位移台移动测量获得Z方向的标定数据，使转台旋转结合位移台移动获得X方向的标定数据，Y方向标定数据获取与X方向类似，只需将测量系统绕Z轴旋转90°，使系统Y方向沿水平方向；步骤四：待标定参数解算；根据系统模型构建似然函数，利用标定数据进行极大似然估计求解待标定参数。