专利名称：基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法
技术领域：
本发明属于光学检测技术领域，具体涉及一种基于彩色编码逆向哈特曼式面形测
量方法。
背景技术：
光学零件的面形是影响光学系统成像质量的关键参数之一，在生产过程中，需要不断地进行面形测量，使零件面形的变化控制在一个合理的范围内。在零件完工后或在装配过程中，还需要对其面形进行更精确地测量，以便评价和控制整个系统的成像质量。光学零件的面形测量方法主要分为干涉法和几何法。其中，进行定量测量几何法中的哈特曼法具有系统简单、稳定，成本较低，无需针对待测面形参数进行逐一设计等优点。传统的哈特曼法和夏克-哈特曼法测量球面的光路图如图1和图2所示。它采用实体的光阑阵列(夏克-哈特曼法中采用微透镜阵列作为光阑阵列)，光线先经过针孔后经过光阑阵列，光阑阵列将反射光束分割成与光阑数目相等的子光束，按照几何光学原理，获取光阑阵列与探测器之间光线的斜率矩阵，通过分析斜率矩阵与理想斜率矩阵的差值，从而得到被测件的面形。但是采用哈特曼法存在以下三个间题第一由于哈特曼法是建立在面形斜率变化比较小的基础上的，采用了稀疏孔径光阑，所以在探测面上各光线除了位置差别外，其它方面如亮度和颜色方面没有区别，如果被测件的面形斜率变化较大，则光线在探测面上会出现交叉混迭，导致不能正确探测识别，所以必须在一定的离焦面上探测，以使光线在探测面上能相互分离且不交叉。第二为了提高测量的分辨率，曼哈特法需要增加光阑阵列的数目， 但是随着光阑阵列数目的增加，各个子光束所占的面积就会减小，即动态范围减小，则可测量面形的斜率就减小；所以现有的检测方法难以同时提高空间分辨率与动态范围。第三现有哈特曼法的光阑阵列的排列不能随意更改，每次更改光阑阵列的排列方式或改变光阑的数目，都必须重新制作光阑，通用性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种彩色编码式逆向哈特曼式面形测量方法，该方法可以对斜率变化量大的面形进行测量，并可以同时提高测量的空间分辨率增大其动态范围，通用性好。实现本发明的技术方案如下—种基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，具体的步骤为步骤一、设置图像发生器O)，沿图像发生器( 产生光束的前进方向成45°设置分束镜(3)，光束经分束镜C3)反射后形成的光路上设置被测件，光束经被测件反射后形成的光路上依次设置针孔( 和CCD (6)，所述被测件的曲率中心与针孔( 重合，计算机(1) 分别与CCD摄像系统(6)和图像发生器( 相连；步骤二、利用理想被测件的参数，通过计算机模拟计算CXD上各像元的位置(Dx，Dy)与图像发生器上的点的位置(P' X,P' y)的对应关系；步骤三、计算机根据CXD各像元的位置(Dx，Dy)生成一幅彩色图像，彩色图像各像素点之间RGB三个通道的值至少有一个具有极差，且极差b ^ bi+b2，即实现了对彩色图像的编码，其中，h为CCD对各种色彩的灵敏度，b2为图像发生器对于彩色的表达能力范围；步骤四、计算机将生成的所述彩色图像按照所述的对应关系进行转换，生成一幅用于图像发生器上显示的彩色图像，并输入图像发生器进行显示；获取CXD各像元的位置 (Dx, Dy)上形成的光斑的RGB值，即实现对C⑶上接收的各光斑进行解码，进而根据所述对应关系识别出各光斑对应图像发生器上的点的位置(Px，Py)；步骤五、计算机根据C⑶上各像元的位置(Dx，Dy)计算出其所接收的光线对应于被测件上的点的位置(Mx，My)，根据(Px, Py)以及(Mx，My)计算出被测件出射光线的斜率，进而获取被测件的面形。有益效果本发明通过图像发生器显示对其色阶进行编码的彩色图像，并通过对CXD接收到的彩色图像进行解码，通过光线RGB值获取其位于图像发生器上的位置信息，因此允许光线之间可以有一定交叉，实现对斜率变化量大的面形进行检测。其次，本发明采用逆向哈特曼法，利用图像发生器代替光阑阵列，使光线先通过光阑阵列，再经过针孔；因此为提高测量分辨率，只需要对图像发生器上显示的彩色图像每个像素点的大小进行设置，其动态范围不受限制。再次，本发明采用图像发生器产生彩色图像，可以根据需要对图像发生器显示的图像进行编码，因此在针对不同的面形零件进行检测时，无需更换图像发生器。
图1为传统的哈特曼法测量球面的光路图；图2为夏克-哈特曼法测量球面的光路图；图3为本发明测量方法所用到的装置示意图；图4为本发明CXD上各像元对应的位置坐标；图5为本发明对应CXD上各像元在图像发生器上对应的位置坐标。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行进一步详细说明本发明基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，基于光线可逆原理，利用图像发生器代替光阑阵列，放弃现有哈特曼法中光线先通过针孔再经过光阑阵列的方法，而采用逆向哈特曼法使光线先通过光阑阵列再经过针孔。本方法的过程为首先利用理想被测件的参数，通过计算机模拟计算CXD上各像元与图像发生器上的点的对应关系，计算机生成相邻像素点之间存在极差且与CCD各像元一一对应的彩色图像，并将生成的彩色图像按照所述的对应关系进行转换，生成一幅图用于像发生器上显示的彩色图像，并输入图像发生器进行显示；其次利用被测件，测量图像发生器上的点发出光线经被测件反射后入射至 CCD的像元，寻找上述像元所对应的图像发生器上的点，进而获取光线的斜率重构出被测件的面形。
实现该方法的具体步骤为步骤一、设置图像发生器2，沿图像发生器2产生光束的前进方向成45°设置分束镜3，光束经分束镜3反射后形成的光路上设置用于承载被测件的移动机构4，光束经移动机构4上安装的被测件反射后形成的光路上依次设置针孔5和CCD摄像系统6，所述图像发生器2，分束镜3、移动机构4、针孔5以及CCD摄像机6分别固定在底座7上，计算机1分别与图像发生器2、移动机构4以及CXD摄像机6相连，分束镜与图像发生器所在的平面成 45°夹角。移动机构4包括滑轨41、电机42、五轴调整系统43和零件工装44，零件工装44固连于五轴调整系统43上，被测件安装于零件工装44上；电机42通过控制五轴调整系统43 进而实现被测件在滑轨41上沿前后、上下、左右等多个自由度的调整，使得被测件的曲率中心与小孔的中心重合。步骤二、利用理想被测件的参数，通过计算机模拟计算CXD上各像元的位置(Dx， Dy)与图像发生器上的点的位置(P' X,P' y)的对应关系。具体步骤为(1)根据空间直线的参数方程和理想被测件的空间曲面方程，计算CXD各像元上发出的光线经针孔后与理想被测件的交点M(x，y，ζ)；空间直线的参数方程为
权利要求
1.一种基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，其特征在于，具体的步骤为 步骤一、设置图像发生器O)，沿图像发生器( 产生光束的前进方向成45°设置分束镜(3)，光束经分束镜C3)反射后形成的光路上设置被测件，光束经被测件反射后形成的光路上依次设置针孔( 和CCD (6)，所述被测件的曲率中心与针孔( 重合，计算机(1)分别与CXD摄像系统(6)和图像发生器(2)相连；步骤二、利用理想被测件的参数，通过计算机模拟计算C⑶上各像元的位置(Dx，Dy)与图像发生器上的点的位置(P' X，P' y)的对应关系；步骤三、计算机根据CXD各像元的位置(Dx，Dy)生成一幅彩色图像，彩色图像各像素点之间RGB三个通道的值至少有一个具有极差，且极Sb > bi+b2，即实现了对彩色图像的编码，其中，K为CCD对各种色彩的灵敏度，b2为图像发生器对于彩色的表达能力范围；步骤四、计算机将生成的所述彩色图像按照所述的对应关系进行转换，生成一幅用于图像发生器上显示的彩色图像，并输入图像发生器进行显示；获取CXD各像元的位置(Dx， Dy)上形成的光斑的RGB值，即实现对CCD上接收的各光斑进行解码，进而根据所述对应关系识别出各光斑对应图像发生器上的点的位置(Px，Py)；步骤五、计算机根据CCD上各像元的位置(Dx，Dy)计算出其所接收的光线对应于被测件上的点的位置(Mx，My)，根据(Px, Py)以及(Mx，My)计算出被测件出射光线的斜率，进而获取被测件的面形。
2.根据权利要求1所述的基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，其特征在于，所述被测件设置于移动机构⑷上，通过计算机⑴控制移动机构G)，使被测件的曲率中心与针孔(5)重合；所述的移动机构(4)包括滑轨(41)、电机(42)、五轴调整系统03)和零件工装(44)，零件工装04)固连于五轴调整系统G3)上，被测件安装于零件工装04)上； 电机0 通过控制五轴调整系统进而实现被测件的曲率中心与小孔的中心重合。
3.根据权利要求1所述的基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，其特征在于，当所述C⑶上的像元的个数N > 055/b)3时，将彩色图像分成两个或两个以上区域，每个区域内的各像素点RGB三个通道的值至少有一个不同。
全文摘要
本发明涉及一种基于彩色编码逆向哈特曼式面形测量方法，基于光线可逆原理，利用图像发生器代替光阑阵列，首先利用理想被测件的参数，通过计算机模拟计算CCD上各像元与图像发生器上的点的对应关系，计算机生成相邻像素点之间存在级差且与CCD各像元一一对应的彩色图像，并将生成的彩色图像按照所述的对应关系进行转换，生成一幅图用于像发生器上显示的彩色图像，并输入图像发生器进行显示；其次利用被测件，测量图像发生器上的点发出光线经被测件反射后入射至CCD的像元，寻找上述像元所对应的图像发生器上的点，进而获取光线的斜率重构出被测件的面形。
文档编号G01B11/24GK102297663SQ20111010516
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月26日 优先权日2011年4月26日
发明者朱秋东, 郝群, 马建荣 申请人:北京理工大学