垂直方向的表面轮廓的高低光圈。首先将直径对应的表面轮廓的数据进行二次曲线拟合，并判断其二次曲线的二阶导数的正负，正对应的为低光圈，负对应为高光圈。
[0064]4.计算面形偏差
[0065]4.1计算半径偏差
[0066]计算半径偏差首先须去除边缘效应的影响；之后计算测量区域通过圆心的每条直径的上对应的表面轮廓最高点和最低点的差值(PV值)，并将此PV值作为该方向的半径偏差值；以零件上所有方向的半径偏差的最大值作为该零件的半径偏差值。
[0067]4.1.1去除边缘效应的影响
[0068]为防止边缘效应对计算半径偏差产生影响，将测量区域边缘5个像素点的数据去掉，并以像素为单位进行采样。
[0069]4.1.2定义通过圆心的坐标系
[0070]以圆心为原点，数据矩阵的行作为X轴，矩阵的列作为Y轴。
[0071]4.1.3确定直径旋转的方向和步长
[0072]为保障零件的所有方向的半径偏差都得到计算，需确定直径的起始角度、终止角度和旋转步长。直径以X轴正方向作为0°方向，向Y轴正方向逆时针旋转，至X轴负方向截止，共180°，步进的步长为1°。
[0073]4.1.4确定每条直径上的表面轮廓数值
[0074]数字激光干涉仪保存的数据是以像素为单位的矩阵形式存在的，因此直径上采样单位也以像素为单位。在任意角度的直径上，并不是每个单位长度的点都恰好落在矩阵的结点上，因此需计算未落在矩阵上的点的高度值。直径上任意一点的计算公式如下:
[0075]ζ (X，y) = z (xs, ys)氺(x_xb)氺(y-yb) +z (xs, yb)氺(xb_x)氺(y-ys) +z (xb, ys)氺(xs_x)* (y-yb) +z (xb, yb) * (xs_x) * (ys-y) (2)
[0076](2)式中z(x，y)表示(x，y)坐标下点的高度值。xs表示小于x值的最大整数，ys表示小于y值的最大整数，xb表示大于X值的最小整数，yb表示大于y值的最小整数。
[0077]通过确定采样单位和计算采样数据，确定每条直径上对应的表面轮廓数值。
[0078]4.1.5计算半径偏差
[0079]计算通过圆心的每个直径上对应的表面轮廓PV值，将此PV值作为该直径方向的半径偏差。该零件的半径偏差是该零件在180°上所有方向的半径偏差的最大值。
[0080]4.2计算象散偏差
[0081]计算象散偏差是以两个相互垂直的直径为计算目标，分别计算其半径偏差，并判断其高低光圈；根据两条直径的高低光圈一致性与否和半径偏差，来计算其象散偏差；计算所有方向的象散偏差，取其最大值作为零件的象散偏差。
[0082]4.2.1去除边缘效应的影响(同4.1.1)
[0083]4.2.2定义通过圆心的坐标系(同4.1.2)
[0084]4.2.3确定两条直径旋转的方向和步长
[0085]为保障零件的所有方向的象散偏差都得到计算，需确定两条直径的起始角度、终止角度和旋转步长。其中一条直径以X轴正方向作为0°方向，向Y轴正方向逆时针旋转，至Y轴正方向截止，共90°，步进的步长为1° ;另一条直径与在第一条直径上角度的基础上加90°，也就是从Y轴正方向，逆时针转到X轴负方向。
[0086]4.2.4确定每条直径上的表面轮廓数值(同4.1.4)
[0087]4.2.5判定每条直径的光圈的高低。
[0088]在计算象散偏差时，需要判断两个相互垂直方向的表面轮廓的高低光圈。首先将直径对应的表面轮廓的数据进行二次曲线拟合，并判断其二次曲线的二阶导数的正负，正对应的为低光圈，负对应为高光圈。
[0089]4.2.6计算象散偏差
[0090]按照4.1的方法分别计算某一角度上的两条直径的半径偏差，并根据4.2.5的方法计算出该角度两条直径的光圈的高低。该角度方向的象散偏差计算:当两条直径的光圈高低方向相同的，用两个直径的半径偏差相减得出结果；高低方向不同的用两个直径对应的半径偏差相加得出的结果。该零件的半径偏差是该零件在90°上所有方向的半径偏差的最大值。
[0091]4.3计算局部偏差
[0092]找到零件表面轮廓高度上的最大值、最小值和中值。计算最大值与中值的差，中值与最小值的差，取其绝对值较大者作为局部偏差。
[0093]根据国家标准《光学零件的面形偏差检验方法(光圈识别)》GB2831-81的规定，面形偏差是以等厚光波干涉原理进行检验。而光波干涉是由于光在待测表面与参考面的光程差不同所产生的，因而待测表面的高低起伏会对干涉条纹的形状产生影响，《光学零件的面形偏差检验方法》GB2831-81正是依靠干涉条纹的各种形状来进行判读的。本发明也是基于数字激光干涉仪测量得到待测表面的表面轮廓数据后，通过Matlab软件对数据进行读取，并通过特定的算法，将未落在数据矩阵点上的点的高度值，用其周围的矩阵点上的高度值来计算，之后通过指定的算法计算出待测表面的面形值。
【主权项】
1.一种基于表面形貌数据的面形偏差检验方法，其特征为:所述的检验方法包括以下步骤: 步骤1.用数字激光干涉仪测量 .1.1将所测零件背面涂覆深蓝色玻璃保护漆，待保护漆干后对被测零件进行测量； .1.2在测量参数选项中选择相应参数； .1.3将零件固定在测量用调整架上，调整干涉条纹为2条左右进行测量，并保存数据； 步骤2.用Matlab软件读取数据 用Matlab软件读取数字激光干涉仪保存的数据，确定有效数据区域并计算圆心坐标、半径； 步骤3.零件表面轮廓数据的预处理 .3.1确定圆心零件的圆心和半径； .3.2根据周围矩阵点的值对计算时未落在矩阵上的点进行高度值的估算，z (X，y) = z (xs, ys)氺(x~xb)氺(y-yb) +z (xs, yb)氺(xb~x)氺(y-ys) +z (xb, ys)氺(xs~x)氺(y-yb)+z (xb, yb) * (xs-x) * (ys-y) (I) (1)式中z(x，y)表示(x，y)坐标下点的高度值。xs表示小于x值的最大整数，ys表示小于I值的最大整数，xb表示大于X值的最小整数，yb表示大于y值的最小整数； .3.3判定任意直径的高低光圈，首先将直径对应的表面轮廓的数据进行二次曲线拟合，并判断其二次曲线的二阶导数的正负，正对应的为低光圈，负对应为高光圈； .4.计算面形偏差 .4.1计算半径偏差 .4.1.1去除边缘效应的影响 将测量区域边缘5个像素点的数据去掉，并以像素为单位进行采样； .4.1.2定义通过圆心的坐标系 以圆心为原点，数据矩阵的行作为X轴，矩阵的列作为Y轴； .4.1.3确定直径旋转的方向和步长 确定直径的起始角度、终止角度和旋转步长，直径以X轴正方向作为O °方向，向Y轴正方向逆时针旋转，至X轴负方向截止，共180，步进的步长为I ° ; .4.1.4确定每条直径上的表面轮廓数值 根据公式计算直径上任意一点的高度值，z (X，y) = z (xs, ys)氺(x~xb)氺(y-yb) +z (xs, yb)氺(xb—x)氺(y-ys) +z (xb, ys)氺(xs—x)氺(y-yb) +z (xb, yb) * (xs_x) * (ys-y) (2) (2)式中z(x，y)表示(x，y)坐标下点的高度值。xs表示小于x值的最大整数，ys表示小于I值的最大整数，xb表示大于X值的最小整数，yb表示大于y值的最小整数； 通过确定采样单位和计算采样数据，确定每条直径上对应的表面轮廓数值； .4.1.5计算半径偏差 计算通过圆心的每个直径上对应的表面轮廓PV值，将此PV值作为该直径方向的半径偏差; .4.2计算象散偏差 .4.2.1执行步骤4.1.1去除边缘效应的影响； .4.2.2执行步骤4.1.2定义通过圆心的坐标系； . 4.2.3确定两条直径旋转的方向和步长 确定两条直径的起始角度、终止角度和旋转步长，其中一条直径以X轴正方向作为0°方向，向Y轴正方向逆时针旋转，至Y轴正方向截止，共90°，步进的步长为1° ;另一条直径与在第一条直径上角度的基础上加90°，也就是从Y轴正方向，逆时针转到X轴负方向；4.2.4执行步骤4.1.4确定每条直径上的表面轮廓数值； .4.2.5判定每条直径的光圈的高低 首先将直径对应的表面轮廓的数据进行二次曲线拟合，并判断其二次曲线的二阶导数的正负，正对应的为低光圈，负对应为高光圈； .4.2.6计算象散偏差 按照步骤4.1分别计算某一角度上的两条直径的半径偏差，并根据步骤4.2.5的方法计算出该角度两条直径的光圈的高低； 当两条直径的光圈高低方向相同时，用两个直径的半径偏差相减得出结果；高低方向不同的用两个直径对应的半径偏差相加得出结果，则该零件的半径偏差是该零件在90°上所有方向的半径偏差的最大值； .4.3计算局部偏差 找到零件表面轮廓高度上的最大值、最小值和中值，计算最大值与中值的差，中值与最小值的差，取其绝对值较大者作为局部偏差。
【专利摘要】本发明属于面形偏差评价技术领域，涉及一种基于表面形貌数据的面形偏差评价方法。针对激光陀螺平面反射镜基片的高精度面形偏差测量，使用数字激光干涉仪和Matlab进行面形偏差参数的测量研究，实现了基于表面形貌数据的光学零件面形偏差自动判读评价方法。
【IPC分类】G01B11/24
【公开号】CN105606036
【申请号】CN201410668341
【发明人】王鑫, 高玫, 付冠军
【申请人】中国航空工业第六一八研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2014年11月20日