Zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法、装置和系统与流程

本发明涉及光学精密测量，尤其涉及一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法、装置和系统。

背景技术：

1、刀口阴影仪是一种高精度的光学检测仪器，在光学精密加工领域中应用广泛。特别是在加工大口径非球面，离轴非球面过程中，因其动态范围大，可靠性高，常常作为镜面粗抛阶段的检测设备。此外刀口阴影仪体积小，便于携带，方面在加工环境或是外场环境中架设光路，因此也可作为系统像质检测装置。综上，刀口阴影仪的作用与球面波干涉仪相当，但却比球面波干涉仪的动态范围大。目前刀口阴影仪是一种定性检测技术。

2、在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：

3、现有技术中基于刀口阴影仪的面形质量检测无法定量检测且面形通用性低的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法、装置和系统，也是一种基于zernike拟合的面形质量检测方法、装置和系统，也是一种面形质量检测方法、装置和系统，解决了现有技术中基于刀口阴影仪的面形质量检测无法定量检测且面形通用性低的问题。

2、为达上述目的，第一方面，本发明实施例提供一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，包括：

3、获取多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，所述多个x轴刀口坐标在x轴方向上的均分光斑；

4、获取多个y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，所述多个y轴刀口坐标在y轴方向上的均分光斑；

5、针对每个x轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位所述刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，以所述多个像素坐标对应作为x轴切割分布矩阵的多个索引位置，将所述x轴刀口坐标的数值作为矩阵元素，写入所述x轴切割分布矩阵中的所述多个索引位置处；

6、针对每个y轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位所述刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，以所述多个像素坐标对应作为y轴切割分布矩阵的多个索引位置，将所述y轴刀口坐标的数值作为矩阵元素，写入所述y轴切割分布矩阵中的所述多个索引位置处；

7、对所述x轴切割分布矩阵和所述y轴切割分布矩阵应用zernike拟合差分相位拟合技术，得到待测面形的面形矩阵；

8、根据所述待测面形的面形矩阵判断所述待测面形是否符合精度要求；

9、其中，所述光斑是待测面形在刀口阴影仪的刀口处形成的针孔像；所述x轴刀口坐标是刀口在刀口阴影仪的x轴坐标；所述y轴刀口坐标是刀口在刀口阴影仪的y轴坐标；所述x轴切割分布矩阵和所述y轴切割分布矩阵为预先将全部矩阵元素初始化为无效值的矩阵；所述待测面形的面形矩阵中的元素表示所述待测面形相对于预设的标准面形的面形偏差值。

10、第二方面，本发明实施例提供一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置，包括：

11、x轴刀口阴影图获取单元，用于获取多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，所述多个x轴刀口坐标在x轴方向上的均分光斑；

12、y轴刀口阴影图获取单元，用于获取多个y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，所述多个y轴刀口坐标在y轴方向上的均分光斑；

13、x轴切割分布矩阵获取单元，用于针对每个x轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位所述刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，以所述多个像素坐标对应作为x轴切割分布矩阵的多个索引位置，将所述x轴刀口坐标的数值作为矩阵元素，写入所述x轴切割分布矩阵中的所述多个索引位置处；

14、y轴切割分布矩阵获取单元，用于针对每个y轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位所述刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，以所述多个像素坐标对应作为y轴切割分布矩阵的多个索引位置，将所述y轴刀口坐标的数值作为矩阵元素，写入所述y轴切割分布矩阵中的所述多个索引位置处；

15、面形矩阵确定单元，用于对所述x轴切割分布矩阵和所述y轴切割分布矩阵应用zernike拟合差分相位拟合技术，得到待测面形的面形矩阵；

16、面形精度判断单元，用于根据所述待测面形的面形矩阵判断所述待测面形是否符合精度要求；

17、其中，所述光斑是待测面形在刀口阴影仪的刀口处形成的针孔像；所述x轴刀口坐标是刀口在刀口阴影仪的x轴坐标；所述y轴刀口坐标是刀口在刀口阴影仪的y轴坐标；所述x轴切割分布矩阵和所述y轴切割分布矩阵为预先将全部矩阵元素初始化为无效值的矩阵；所述待测面形的面形矩阵中的元素表示所述待测面形相对于预设的标准面形的面形偏差值。

18、第三方面，本发明实施例提供一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测系统，包括：刀口阴影仪、如前所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置、和刀口阴影图采集装置；

19、所述刀口阴影仪用于在x轴方向移动刀口，以便针对待测面形在x轴方向上形成与多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，以及，在y轴方向移动刀口，以便针对待测面形在y轴方向上形成与多个y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图；

20、所述刀口阴影图采集装置用于在所述刀口阴影仪移动刀口期间，采集多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图和多个y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图；

21、所述zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置用于根据所述多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图和多个y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，生成待测面形的面形矩阵，并根据所述待测面形的面形矩阵判断所述待测面形是否符合精度要求。

22、上述技术方案具有如下有益效果：通过获取x轴和y轴方向的多个刀口阴影图，从而全面获取面形的横向和纵向的数据，基于获取的x轴和y轴方向的刀口阴影图，根据zernike拟合差分相位拟合技术的刀口阴影图像波前计算方法，得到待测面形的面形矩阵，依据得到的面形矩阵判断待测面形的质量精度，从而可以对各种面形通用，并且给出了量化的面形数据，解决刀口阴影图波前计算问题，推动刀口阴影仪在光学粗加工阶段以及精加工阶段的广泛应用。采用了zernike拟合刀口阴影波前计算方法，没有反射表面类型限定，具有较强的普适性。可以结合大多数数字化刀口仪使用，并且通过自动判读结果，完全摆脱了主观经验的限制。不仅可以让刀口仪在粗修阶段使用，也可以让刀口仪在精修阶段使用，提高了数字化刀口仪的应用范围。

技术特征：

1.一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，其特征在于，所述获取多个x轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图，所述多个x轴刀口坐标在x轴方向上的均分光斑，包括：

3.如权利要求1所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，其特征在于，所述针对每个x轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位所述刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，包括：

4.如权利要求1所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，其特征在于，所述对所述x轴切割分布矩阵和所述y轴切割分布矩阵应用zernike拟合差分相位拟合技术，得到待测面形的面形矩阵，包括：

5.如权利要求1所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法，其特征在于，所述根据所述待测面形的面形矩阵判断所述待测面形是否符合精度要求，包括：

6.一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置，其特征在于，所述x轴刀口阴影图获取单元，包括：

8.如权利要求6所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置，其特征在于，所述x轴切割分布矩阵获取单元，包括：

9.如权利要求6所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置，其特征在于，所述面形矩阵确定单元，包括：

10.一种zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测系统，其特征在于，包括：刀口阴影仪（30）、如权利要求6所述的zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测装置（31）、和刀口阴影图采集装置（32）；

技术总结
本发明实施例提供一种Zernike拟合刀口阴影图波前重构面形检测方法、装置和系统，方法包括：获取多个X轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图；获取多个Y轴刀口坐标各自对应的刀口阴影图；针对每个X轴/Y轴刀口坐标对应的刀口阴影图，定位刀口阴影图中的刀口阴影边界对应的多个像素坐标，以多个像素坐标对应作为X轴/Y轴切割分布矩阵的多个索引位置，将X轴/Y轴刀口坐标的数值作为矩阵元素，写入X轴/Y轴切割分布矩阵中的多个索引位置处；对X轴切割分布矩阵和Y轴切割分布矩阵应用Zernike拟合差分相位拟合技术，得到待测面形的面形矩阵；根据待测面形的面形矩阵判断待测面形是否符合精度要求。

技术研发人员：陶春
受保护的技术使用者：南京施密特光学仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8