專利名稱：光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及大曲率面形的復雜曲面零件的高精度原位檢測，具體講涉及光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法及裝置。
背景技術：
精密/超精密加工技術已經成為先進加工制造技術的主要發展方向和重要研究領域，特別是諸如光學自由曲面等復雜曲面零件的超精密切削加工技術在航空航天、國防、 生物醫學、通訊、微電子等高科技領域中的應用越來越廣泛。作為復雜曲面超精密加工的一個重要組成部分，高精度原位檢測及補償控制技術是提高超精密加工零件尺寸、形狀精度及表面粗糙度的基礎，也是實現復雜曲面零件表面完整性控制和評價的關鍵技術。國內外研究人員開發了多種不同類型的超精密原位測量系統，但目前的研究主要基于接觸式測量原理，測量速度慢，不利于快速獲取被測物體的三維形貌數據。光學自由曲面等復雜曲面零件對面形精度要求很高，而且要求表面及表層無損傷。光學測量方法如光學顯微測量法、光學干涉測量法、條紋投影法等以其快速、高精度、非接觸等優點在微納級精度尺寸測量領域獲得了廣泛應用。其中，白光掃描干涉測量具有納米級甚至亞納米級的測量分辨力，重復性好，然而，受到光學系統的數值孔徑和視場范圍的限制，不適合進行具有大曲率面形的復雜曲面的測量。而且在無輔助掃描裝置的條件下，其測量范圍遠不能達到毫米量級。條紋投影法以其測量范圍大、測量速度快等優異性能，已經在尺寸測量領域得到廣泛應用，可用于復雜曲面零件的三維形貌測量。然而，條紋投影方法的測量精度無法達到納米級的精度要求。如何實現光學自由曲面等復雜曲面零件三維形貌的高精度非接觸原位測量成為精密測量領域的一個重點研究方向。針對單一測量方法難以完成復雜曲面零件超精密加工原位測量問題，研究開發一種能夠滿足測量范圍、分辨力、精度和測量效率等多重要求的多光學傳感器融合測量方法，成為當前超精密測量領域的研究焦點。

發明內容
為克服現有技術的不足，提供用于光學自由曲面等具有大曲率面形的復雜曲面零件的高精度原位檢測過程的方法及裝置，非接觸，對零件表面及表層無損傷。為達上述目的，本發明采取的技術方案是，光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法，包括以下步驟借助于高精度定位運動控制系統實現被測物體三自由度運動；使用光柵投影裝置對被測物體表面投影光柵條紋，由光柵投影視覺檢測圖像采集裝置獲取經被測物體表面調制的變形條紋圖，送入計算機中經后續處理后，恢復出被測物體表面三維形貌；根據恢復出的被測物體表面三維形貌，進行被測物體位姿自動識別，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導更精密的白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量，由白光掃描圖像采集裝置獲取干涉條紋圖，送入計算機中經后續處理，得到測量區域的三維形貌數據；將光柵投影視覺檢測和白光掃描干涉測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面等復雜曲面零件的三維形貌特征。高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，借助于該平臺控制被測物體實現三自由度運動。光柵投影視覺檢測圖像采集裝置為兩個科學級數字CCD攝像機，兩個科學級數字 CCD攝像機沿高精度定位運動控制系統的高精度電動位移平臺軸線方向以光柵投影裝置中心對稱放置。光柵投影裝置對被測物體表面投影的光柵條紋，是幅值、相位和投射方向可調的正弦光柵條紋、余弦光柵條紋、頻率和方向不同的兩種光柵條紋組合形成的復合光柵條紋、 莫爾條紋、灰度編碼光柵條紋及彩色光柵條紋中的一種。白光掃描干涉測頭采用顯微干涉物鏡，掃描時采用白光光源照射，將顯微干涉物鏡和光學成像系統間通過轉接器連接，通過一個高精度壓電陶瓷定位器帶動顯微干涉物鏡完成垂直掃描，將顯微干涉物鏡光軸傾斜、高精度定位運動控制系統帶動被測物體沿水平方向按一定步長運動的方式完成水平掃描，由白光掃描圖像采集裝置通過光學成像系統接收干涉條紋圖。一種光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量裝置，由高精度定位運動控制系統、光柵投影視覺檢測單元、白光掃描干涉測量單元和計算機構成；高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，借助于該平臺控制被測物體實現三自由度運動；光柵投影視覺檢測單元由光柵投影裝置、圖像采集裝置組成，由計算機產生的光柵條紋通過光柵投影裝置投影到被測物體表面形成變形條紋，被測物體沿高精度位移平臺運動到圖像采集裝置的視場范圍內，被測物體在高精度角位臺和高精度旋轉平臺作用下進行運動，使被測物體旋轉一定的角度，以使經被測物體表面調制的變形條紋圖被圖像采集裝置以最佳方式接收；白光掃描干涉測量單元由顯微干涉物鏡、光學成像系統、白光光源和圖像采集裝置組成，顯微干涉物鏡用于通過一個高精度壓電陶瓷定位器帶動顯微干涉物鏡完成垂直掃描，將顯微干涉物鏡光軸傾斜、高精度定位運動控制系統帶動被測物體沿水平方向按一定步長運動的方式完成水平掃描，和光學成像系統間通過轉接器連接；計算機用于產生光柵條紋；由收到的變形條紋圖恢復出被測物體表面三維形貌；針對需要更精密測量的被測物體局部區域信息，選擇合適的白光掃描干涉測量方式，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量；將光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面復雜曲面零件的三維形貌特征。光柵投影視覺檢測單元的圖像采集裝置為兩個科學級數字CCD攝像機，兩個科學級數字CCD攝像機沿高精度電動位移平臺軸線方向以光柵投影視覺檢測單元的光柵投影裝置中心對稱放置。光柵投影裝置為IXD液晶顯示屏，IXD液晶顯示屏采用水平向下投射方式。本發明具有以下技術效果由于本發明采用在同一運動控制系統框架內融合光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元的方式，使用光柵投影視覺檢測單元獲得大視場全局輪廓數據，使用白光掃描干涉測量單元對零件局部細節特征進行納米級精度掃描測量，因而本發明能顯著提高光學自由曲面等具有大曲率面形的復雜曲面零件在加工檢測過程中的檢測精度和分辨力，測量速度快，非接觸，對零件表面及表層無損傷。


圖1為基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量基本原理圖。圖中1為用于正弦光柵投影的LCD液晶屏，2為高精度位移平臺，3為高精度角位臺和高精度旋轉平臺組合，4為被測物體，5為用于接收變形條紋圖的科學級數字CCD攝像機，6為白光掃描干涉測頭。圖2為光柵投影測量原理圖。圖中-J為計算機，8為微控制器，9為電機。圖3為白光掃描干涉測量原理圖。圖中21為高品質白光LED光源，31為分光鏡， 41為壓電驅動器，10為用于接收白光掃描干涉條紋圖的科學級數字CCD攝像機。圖4為本發明一實施例實物圖。
具體實施例方式—種基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法在同一高精度定位運動控制系統框架內構建光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元，使用光柵投影裝置對被測物體表面投影正弦光柵條紋，由圖像采集裝置獲取經被測物體表面調制的變形條紋圖，送入計算機中經后續處理后，恢復出被測物體表面三維形貌。根據光柵投影視覺檢測單元測量得到的被測物體表面三維形貌數據，進行零件位姿自動識別，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導更精密的白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量，由圖像采集裝置獲取干涉條紋圖，送入計算機中經后續處理， 得到測量區域的三維形貌數據。將光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面等復雜曲面零件的三維形貌特征。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中的高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，可控制被測物體實現三自由度運動。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元的光柵投影裝置為LCD液晶顯示屏。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元的用于投影光柵條紋的LCD液晶顯示屏采用水平向下投射方式。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元的圖像采集裝置為兩個科學級數字CCD攝像機。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元的兩個科學級數字CCD攝像機沿高精度電動位移平臺軸線方向以LCD液晶屏中心對稱放置。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元投射的是由軟件編程實現的幅值、相位和投射方向可調的正弦光柵條紋。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中光柵投影視覺檢測單元的兩個科學級數字CCD攝像機在各自視場范圍內分別接收經被測物體表面調制的正弦光柵條紋。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中白光掃描干涉測量單元由顯微干涉物鏡、光學成像系統、白光光源和圖像采集裝置組成。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中白光掃描干涉測量單元的顯微干涉物鏡和光學成像系統間通過轉接器連接。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中白光掃描干涉測量單元的掃描方式為垂直掃描和水平掃描。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中白光掃描干涉測量單元中的顯微干涉物鏡通過一個高精度壓電陶瓷定位器帶動它完成垂直掃描。在上述基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法中，其特征是其中白光掃描干涉測量單元中的水平掃描方式采用光學系統光軸傾斜、高精度定位運動控制系統帶動被測物體沿水平方向按一定步長運動的方式。綜上所述，本發明提出的測量方法進而能夠精確解算出被測物體表面各點的空間坐標位置，實現對光學自由曲面等復雜曲面零件的三維形貌特征的高精度非接觸測量。下面結合附圖進一步詳細說明本發明。圖1為基于多傳感器融合技術的光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量基本原理圖。(a)圖中1為用于正弦光柵投影的LCD液晶屏，2為高精度位移平臺，3為高精度角位臺和高精度旋轉平臺組合，4為被測物體，5為用于接收變形條紋圖的科學級數字CCD 攝像機。首先光柵投影視覺檢測單元開始工作，由計算機產生的正弦光柵條紋通過LCD液晶屏投影到被測物體表面，被測物體沿高精度位移平臺運動到CCD攝像機的視場范圍內， 受LCD液晶屏尺寸的限制并參照被測物體表面形貌的復雜程度，控制高精度角位臺和高精度旋轉平臺運動，使被測物體旋轉一定的角度，以使經被測物體表面調制的變形條紋圖被 CCD攝像機以最佳方式接收。相交于被測物體表面各點的入射光線和反射光線均遵守反射定律，如點W處所示。從采集得到的變形條紋圖中解調出被測物體表面各點的高度信息，采用三維重建技術恢復被測物體的三維形貌特征。光柵投影視覺檢測可實現被測物體表面三維形貌的微米級測量。如需對點W附近區域進行更高精度檢測，可根據光柵投影視覺檢測單元的測量結果重新規劃測量路徑，使被測物體沿高精度位移平臺運動到6所代表的白光掃描干涉測頭的視場范圍內，控制高精度角位臺和高精度旋轉平臺運動，調整被測物體的角度以獲得最佳測量結果。從采集得到的干涉條紋圖中解調出測量區域各點的高度信息， 采用三維重建技術恢復測量區域的三維形貌特征。白光掃描干涉測量可實現對被測物體局部區域的納米級高精度檢測。針對光柵投影視覺檢測和白光掃描干涉測量各自得到的測量數據，采用多傳感器海量數據融合算法，精確恢復出被測物體表面三維形貌特征。白光掃描干涉測量有兩種測量方式，如圖(b)和圖(C)所示。圖(b)為垂直掃描測量方式，被測物體表面上各點根據其自身相對工作臺平面的高度，在白光掃描干涉測量裝置移動到一定位置時與相干平面相交達到最佳干涉，由各點到達最佳干涉時對應工作臺的位置(或相對移動距離)可推導出各點相對高度信息。白光垂直掃描干涉測量范圍受視場限制，引入圖像拼接會造成測量誤差，若白光掃描干涉測頭需要測量的被測物體表面區域較大，則采用圖(C) 所示的白光水平掃描干涉測量裝置，光軸相對水平面傾斜，工作臺帶動被測樣品沿水平方向按一定步長完成干涉條紋的掃描，根據被測物體表面各點的最佳干涉在圖像中的位置可確定各點的相對高度信息。圖2為光柵投影測量原理圖。1為IXD液晶屏，用于投影由軟件編程產生的正弦光柵條紋。對余弦光柵、復合光柵(頻率、方向不同的兩種光柵條紋的組合)、莫爾條紋及灰度編碼光柵條紋(如格雷碼光柵)、彩色光柵條紋等也進行了測試，效果大致相同，不再分別贅述。5為科學級數字CCD攝像機，用于接收經被測物體表調制的變形條紋圖，4為被測物體，3為高精度角位臺和高精度旋轉平臺組合，2為高精度位移平臺，2和3組成高精度定位運動控制系統。7為計算機，8為微控制器，9為電機。受LCD液晶屏尺寸限制，考慮被測物體表面曲率變化較大時，用單一 CCD攝像機無法獲得被測物體表面全局三維形貌，因此采用雙CCD攝像機進行測量。首先被測物體4 (實線所示)在高精度定位運動系統控制下運動到5所代表的CCD攝像機視場范圍內，旋轉適當的角度，完成測量，然后被測物體4 (虛線所示)運動到5所代表的另一 CCD攝像機視場范圍內，旋轉適當的角度，完成測量。將兩 CCD攝像機分別測量得到的被測物體表面三維形貌數據通過圖像拼接技術恢復出被測物體完整三維形貌。圖3為白光掃描干涉測量原理圖。21為高品質白光LED光源，31為分光鏡，41為壓電驅動器。由高品質白光LED光源產生的白光經透鏡組到達分光鏡，分成參考光束和測量光束，通過壓電陶瓷驅動參考鏡進給實現對被測物體表面的掃描，CCD攝像機接收干涉圖像，從干涉圖樣中提取出最佳干涉點所在位置得到各點的相對高度，描繪出被測物體表面的三維形貌。在同一高精度定位運動控制系統框架內構建光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元，整套測量裝置安放在高精度光學隔振平臺上。所述的高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，可控制被測物體實現三自由度運動。其中高精度電動位移平臺行程為300mm，高精度電動旋轉臺可實現360°旋轉，高精度電動角位臺可實現士45°角度調離整。所述的光柵投影視覺檢測單元由正弦光柵投影裝置和圖像采集裝置組成，其中光柵投影裝置可選用屏幕尺寸為478mm X 300mm的LCD液晶屏，水平向下投影由計算機編程產生的正弦光柵條紋，該正弦光柵條紋的幅值、相位和投射方向可通過軟件進行調整，LCD液晶屏相對于載物面可進行400mm高度調整。圖像采集裝置選用兩個分辨率為M56X2058 像素的高分辨力數字CCD攝像機，兩CCD攝像機沿高精度電動位移平臺軸線方向以LCD液晶屏中心對稱放置，其高度和角度均可調整。所述的白光掃描干涉測量單元由顯微干涉物鏡、光學成像系統、高品質白光LED 光源和科學級數字CXD攝像機組成。其中顯微干涉物鏡可選用Mirau型顯微干涉物鏡(10X， 20X，50X)，通過一個高精度壓電陶瓷定位器(PI P-721.CL，電容傳感器反饋閉環控制，最小分辨力0. 7nm，范圍IOOum)帶動物鏡完成垂直掃描。光學成像系統可選用Ultra-hom系列鏡頭。Ultra-hom系列鏡頭提供了非常高的分辨率和突出的對比度，可選用它的微調對焦功能和/或同軸照明功能，選用同軸照明功能，可在高放大倍率應用場合中提供均勻照明， 在使用高分辨率攝像機時，提供清晰的分辨率。在本實施例中，Ultra-Zoom放在最下方，然后上面是迷你型轉接器和C-型連接器，以實現與科學級CXD攝像機相連。最上面是用作圖像采集裝置的C⑶攝像機。白光光源也要通過轉接器連入以提供照明。照明裝置選用中心波長為580nm的高品質白光LED光源。圖像采集裝置可選用分辨力為1534X10M像素的科學級CCD攝像機，進行采集后由采集卡傳輸給計算機進行后續處理。計算機從采集得到的變形條紋圖中解調出被測物體表面各點的梯度信息，通過波前重構算法可恢復被測物體三維形貌特征，獲得被測物體大視場全局三維輪廓后，提取被測物體的幾何特征信息，與CAD加工模型進行匹配處理，實現無顯式參考基準的零件位姿自動識別，為后續的局部高精度掃描測量的整體路徑規劃提供依據。基于得到的零件位姿信息和測量系統各單元的空間布局結果，針對需要更精密測量的被測物體局部區域信息， 選擇合適的白光掃描干涉測量方式，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量。白光掃描圖像采集裝置獲得白光掃描干涉條紋圖，通過采集卡傳輸到計算機中進行后續處理，從干涉條紋圖中解調出測量區域的相對高度信息，得到測量區域的三維形貌數據。針對光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測量得到的海量數據，采用最小平方估計算法進行不等精度不等密度的數據對齊，實現異類光學傳感器海量數據的空間配準，基于數據層和特征層融合原則，建立海量數據融合結構模型，利用貝葉斯方法完成多傳感器海量數據的融合，并進行多向運動誤差的檢測與補償，精確測量出光學自由曲面的三維形貌特征。可實現對200mmX 200mmX 20mm測量范圍內的光學自由曲面等復雜曲面零件三維形貌的高精度非接觸測量。首先，正弦光柵條紋通過LCD液晶屏投射到被測物體表面，被測物體在高精度定位運動控制系統控制下運動到某一 CCD攝像機的視場范圍內，調整被測物體的角度以獲得最佳測量結果，CCD攝像機采集經被測物體表面調制的正弦光柵條紋，送入計算機中進行后續處理，然后被測物體在高精度定位運動控制系統控制下運動到另一 CCD 攝像機的視場范圍內，進行相同操作。從采集得到的變形條紋圖中解調出被測物體表面各點的高度信息，采用三維重建技術恢復被測物體的三維形貌特征。根據光柵投影視覺檢測單元對被測物體的重建結果，對被測物體位姿進行自動識別，規劃白光掃描干涉測量路徑， 自動引導更精密的白光掃描干涉測頭對工件局部細節特征進行納米級精度掃描測量，圖像采集裝置獲得干涉條紋圖，進行采集后由采集卡傳輸給計算機中進行后續處理，從干涉條紋圖中解調出測量區域的相對高度信息，得到測量區域的三維形貌數據。將光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測得的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面的三維形貌特征。
權利要求
1.一種光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法，其特征是，包括以下步驟借助于高精度定位運動控制系統實現被測物體三自由度運動；使用光柵投影裝置對被測物體表面投影光柵條紋，由光柵投影視覺檢測圖像采集裝置獲取經被測物體表面調制的變形條紋圖，送入計算機中經后續處理后，恢復出被測物體表面三維形貌；根據恢復出的被測物體表面三維形貌，進行被測物體位姿自動識別，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導更精密的白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量，由白光掃描圖像采集裝置獲取干涉條紋圖，送入計算機中經后續處理，得到測量區域的三維形貌數據；將光柵投影視覺檢測和白光掃描干涉測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面等復雜曲面零件的三維形貌特征。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是，高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，借助于該平臺控制被測物體實現三自由度運動。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是，光柵投影視覺檢測圖像采集裝置為兩個科學級數字CCD攝像機，兩個科學級數字CCD攝像機沿高精度定位運動控制系統的高精度電動位移平臺軸線方向以光柵投影裝置中心對稱放置。
4.如權利要求1所述的方法，其特征是，光柵投影裝置對被測物體表面投影光柵條紋， 是幅值、相位和投射方向可調的正弦光柵條紋、余弦光柵條紋、頻率和方向不同的兩種光柵條紋組合形成的復合光柵條紋、莫爾條紋、灰度編碼光柵條紋及彩色光柵條紋中的一種。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是，白光掃描干涉測頭采用顯微干涉物鏡，掃描時采用白光光源照射，將顯微干涉物鏡和光學成像系統間通過轉接器連接，通過一個高精度壓電陶瓷定位器帶動顯微干涉物鏡完成垂直掃描，將顯微干涉物鏡光軸傾斜、高精度定位運動控制系統帶動被測物體沿水平方向按一定步長運動的方式完成水平掃描，由白光掃描圖像采集裝置通過光學成像系統接收干涉條紋圖。
6.一種光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量裝置，其特征是，由高精度定位運動控制系統、光柵投影視覺檢測單元、白光掃描干涉測量單元和計算機構成；高精度定位運動控制系統由高精度電動位移平臺、高精度電動旋轉平臺和高精度電動角位臺組成，借助于該平臺控制被測物體實現三自由度運動；光柵投影視覺檢測單元由光柵投影裝置、圖像采集裝置組成，由計算機產生的光柵條紋通過光柵投影裝置投影到被測物體表面形成變形條紋，被測物體沿高精度位移平臺運動到圖像采集裝置的視場范圍內，被測物體在高精度角位臺和高精度旋轉平臺作用下進行運動，使被測物體旋轉一定的角度，以使經被測物體表面調制的變形條紋圖被圖像采集裝置以最佳方式接收；白光掃描干涉測量單元由顯微干涉物鏡、光學成像系統、白光光源和圖像采集裝置組成，顯微干涉物鏡用于通過一個高精度壓電陶瓷定位器帶動顯微干涉物鏡完成垂直掃描， 將顯微干涉物鏡光軸傾斜、高精度定位運動控制系統帶動被測物體沿水平方向按一定步長運動的方式完成水平掃描，和光學成像系統間通過轉接器連接；計算機用于產生光柵條紋；由收到的變形條紋圖恢復出被測物體表面三維形貌；針對需要更精密測量的被測物體局部區域信息，選擇合適的白光掃描干涉測量方式，規劃白光掃描干涉測量路徑，自動引導白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量；將光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施，精確測量出光學自由曲面復雜曲面零件的三維形貌特征。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征是，光柵投影視覺檢測單元的圖像采集裝置為兩個科學級數字CCD攝像機，兩個科學級數字CCD攝像機沿高精度電動位移平臺軸線方向以光柵投影視覺檢測單元的光柵投影裝置中心對稱放置。
8.如權利要求6所述的裝置，其特征是，光柵投影裝置為LCD液晶顯示屏，LCD液晶顯示屏采用水平向下投射方式。
全文摘要
本發明涉及大曲率面形的復雜曲面零件的高精度原位檢測。為提供對前述零件非接觸，對零件表面的檢測，本發明采取的技術方案是，光學自由曲面三維形貌高精度非接觸測量方法及裝置使用光柵投影裝置對被測物體表面投影正弦光柵條紋，由圖像采集裝置獲取經被測物體表面調制的變形條紋圖，送入計算機恢復出被測物體表面三維形貌；用白光掃描干涉測頭對被測物體局部特征進行納米級精度掃描測量，由白光掃描圖像采集裝置獲取干涉條紋圖，送入計算機得到測量區域的三維形貌數據；將光柵投影視覺檢測單元和白光掃描干涉測量單元測量得到的數據通過多傳感器海量數據融合算法和相應的誤差分離與補償措施得到結果。本發明主要應用于零件的高精度原位檢測。
文檔編號G01B11/25GK102305601SQ20111012963
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月18日 優先權日2011年5月18日
發明者劉書桂, 張宏偉, 李紹輝 申請人:天津大學