一种反射镜面形的在线检测方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种反射镜面形的在线检测方法。该反射镜面形的在线检测方法基于条纹反射原理，通过显示器显示理想周期变化的条纹图像，再通过孔径相机采集经超精密切削机床加工反射镜反射形成的条纹图像，以条纹图像的弯曲程度判断和重构反射镜面形，实现反射镜面形的在线检测。本发明专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法无需光学补偿器件，也无需精密位姿调整，从而可检测任意光滑连续面形的反射镜，该方法比现有的激光干涉检测仪在线检测方法的动态范围更大，比现有的采用接触式或非接触式传感器的逐点测距扫描在线检测方法的时间更短且受机床精度及环境条件的影响更小。

An on-line detection method for reflecting mirror surface

The embodiment of the invention discloses an online detection method for reflecting mirror shape. On the basis of the principle of stripe reflection, the on-line detection method of the mirror surface shows the stripe image of the ideal periodic change through the display, and then through the aperture camera to collect the stripe images formed by the reflection mirror of the ultra precision cutting machine, and judge and reconstruct the mirror surface by the curvature of the stripe image, and realize the mirror. On-line inspection of surface shape. The reflection mirror online detection method provided in the embodiment of the invention does not need an optical compensation device or a precise position adjustment to detect a reflector with any smooth continuous surface, which is more dynamic than the existing laser interferometer on-line detection method. The point by point scanning on-line detection method of contact sensors has shorter time and is less affected by machine accuracy and environmental conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种反射镜面形的在线检测方法
本专利技术涉及反射镜面形检测的
，具体涉及一种在超精密切削机床上进行加工的反射镜面形的在线检测方法。
技术介绍
由于超精密切削机床具有微米级的加工精度，超精密切削机床已经广泛应用于光学元件和模具加工等领域。超精密切削机床的加工精度主要依赖于机床主轴及导轨自身精度，缺乏加工过程中的精度实时检测与校正措施。传统的离线检测方式不仅耗时长，而且由于迭代的反复拆装会引起定位误差从而影响加工发射镜面形的精度。目前，为了解决离线检测所存在的问题，有两种在线检测的方法。方法一：在机床上集成激光干涉检测仪进行反射镜面形的在线检测方法。激光干涉检测仪对于不同面形的反射镜，需要配合不同的光学补偿器件，因此，激光干涉检测仪在光路布置上存在一定的限制；进一步地，激光干涉检测仪虽然检测精度高，但是其动态范围相对较小，无法适应面形分布起伏较大的反射镜面形的检测。方法二：在机床上集成接触式或非接触式的测距传感器逐点扫描完成面形分布的检测。逐点扫描在线检测方法不仅扫描时间长，其扫描精度还取决于机床主轴、导轨精度及环境变化等因素的影响。因此，针对现有采用激光干涉检测仪或者逐点扫描在线检测反射镜面形的方法所存在的问题，急需一种结构简单、无需光学补偿器件且动态范围大而面形适应性强，且检测时间短、受机床精度及环境条件的影响更小、稳定性好的反射镜面形的在线检测方法。
技术实现思路
针对现有采用激光干涉检测仪或者逐点扫描在线检测反射镜面形的方法所存在的问题，本专利技术实施例提出一种基于条纹反射原理的超精密切削机床加工反射镜的反射镜面形在线检测的方法。该检测方法基于条纹反射原理，通过显示器显示理想周期变化的条纹图像，再通过相机采集经超精密切削机床加工反射镜反射形成的条纹图像，根据条纹图像的弯曲程度判断和重构反射镜面形，实现反射镜面形的在线检测，有效地缩短反射镜加工周期提高反射镜制备效率。该反射镜面形在线检测方法的具体方案如下：一种反射镜面形的在线检测方法，包括步骤S1：在切削机床的主体的预设位置处设置一显示器和一孔径相机；步骤S2：在检测反射镜面形时，所述显示器显示特征点斑，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述特征点斑的点斑图像；步骤S3：所述显示器依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述水平条纹的水平条纹图像；所述显示器依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述竖直条纹的竖直条纹图像；步骤S4：根据所述显示器显示的特征点斑与所述孔径相机采集的点斑图像，计算所述显示器图像坐标系和所述孔径相机的像面坐标系的共相位点关系；步骤S5：根据所述孔径相机所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述反射镜的面形分布。优选地，所述在线检测方法还包括步骤S6：将所获得的反射镜的面形分布与预期的面形分布进行比对而获得面形分布偏差量，根据所述偏差量修正切削机床进行下一轮的反射镜加工的参数。优选地，所述反射镜加工的参数包括加工路径和加工驻留时间分布。优选地，所述步骤S5具体包括步骤S51：根据所述孔径相机采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述反射镜在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；步骤S52：根据所述反射镜在水平方向和竖直方向的法线方向分布，计算反射镜的镜面水平斜率分布和竖直斜率分布；步骤S53：根据所述反射镜的镜面水平斜率分布和竖直斜率分布，计算反射镜的面形分布。优选地，所述孔径相机在首次使用时，进行标定以确认主点、主距和畸变参数。优选地，所述预设位置需满足条件：所述显示器和所述孔径相机不干扰所述切削机床的刀具的正常运行，且所述显示器所显示的图像经过反射镜反射后可被所述孔径相机采集。优选地，采用激光跟踪仪检测所述显示器、所述孔径相机和所述反射镜的位姿，确认所述显示器、所述孔径相机和所述反射镜的相对位置关系。优选地，采用关节臂三坐标测量仪检测所述显示器、所述孔径相机和所述反射镜的位姿，确认所述显示器、所述孔径相机和所述反射镜的相对位置关系优选地，步骤S2中所述的特征点斑包括九点或九点以上呈预设规则排布的点斑图像。优选地，步骤S3中所述的一组具有相位变化的水平条纹或者竖直条纹包括相位相差预设度数的多幅渐变特征函数的灰度条纹图像或者以色彩变化表征相位相差预设度数的多幅彩色水平条纹图像或者竖直条纹图像。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法可实现在超精密切削机床上加工反射镜时的在线检测，缩短了反射镜面形检测与加工反射镜的迭代时间，从而有效地提高了反射镜制备的效率。进一步地，本专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法有效地避免了因离线检测而引起的反复拆装的定位误差，以及由于加工和检测支撑状态不一致的应力变形误差，从而有利于提高反射镜的制备精度。进一步地，本专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法所用的检测装置结构简单，仅包含一显示器和一孔径相机，方便与切削机床集成，且不干扰切削机床的正常工作，而且该检测装置对切削机床环境的少量振动也不敏感，从而不影响检测精度。进一步地，本专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法不含现有在线检测方法的单点扫描式检测的镜面遍历扫描过程，因此，采集序列条纹图像后即可重构反射镜全口径面形，有效地缩短了检测过程的时间。进一步地，本专利技术实施例中所提供的反射镜面形的在线检测方法无需光学补偿器件，也无需精密位姿调整，从而可检测任意光滑连续面形的反射镜，且该方法的动态范围比现有的激光干涉检测仪在线检测方法更大。附图说明图1为本专利技术实施例中提供的一种反射镜面形的在线检测方法所采用的检测装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的一种反射镜面形的在线检测方法的步骤流程示意图；图3为图2所示流程对应的步骤S5具体的步骤示意图。附图标记说明：1、显示器2、孔径相机3、支架4、反射镜5、切削机床的主体6、刀具具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。如图1所示，本专利技术实施例中提供的一种反射镜面形的在线检测方法所采用的检测装置的结构示意图。在该实施例中，反射镜面形的在线检测方法所用的检测装置集成在切削机床上，从而实现在加工反射镜的过程中实时在线检测反射镜的面形。优选地，切削机床为超精密切削机床。显示器1和孔径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射镜面形的在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：在切削机床的主体的预设位置处设置一显示器和一孔径相机；步骤S2：在检测反射镜面形时，所述显示器显示特征点斑，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述特征点斑的点斑图像；步骤S3：所述显示器依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述水平条纹的水平条纹图像；所述显示器依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述竖直条纹的竖直条纹图像；步骤S4：根据所述显示器显示的特征点斑与所述孔径相机采集的点斑图像，计算所述显示器图像坐标系和所述孔径相机的像面坐标系的共相位点关系；步骤S5：根据所述孔径相机所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述反射镜的面形分布。

【技术特征摘要】
1.一种反射镜面形的在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1：在切削机床的主体的预设位置处设置一显示器和一孔径相机；步骤S2：在检测反射镜面形时，所述显示器显示特征点斑，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述特征点斑的点斑图像；步骤S3：所述显示器依次显示一组具有相位变化的水平条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述水平条纹的水平条纹图像；所述显示器依次显示一组具有相位变化的竖直条纹，所述孔径相机采集经过反射镜反射所述竖直条纹的竖直条纹图像；步骤S4：根据所述显示器显示的特征点斑与所述孔径相机采集的点斑图像，计算所述显示器图像坐标系和所述孔径相机的像面坐标系的共相位点关系；步骤S5：根据所述孔径相机所采集的水平条纹图像和竖直条纹图像，进行相位展开和解算重构获得所述反射镜的面形分布。2.根据权利要求1所述的一种反射镜面形的在线检测方法，其特征在于，所述在线检测方法还包括步骤S6：将所获得的反射镜的面形分布与预期的面形分布进行比对而获得面形分布偏差量，根据所述偏差量修正切削机床进行下一轮的反射镜加工的参数。3.根据权利要求2所述的一种反射镜面形的在线检测方法，其特征在于，所述反射镜加工的参数包括加工路径和加工驻留时间分布。4.根据权利要求1所述的一种反射镜面形的在线检测方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：步骤S51：根据所述孔径相机采集的水平条纹图像和竖直条纹图像计算所述反射镜在水平方向和竖直方向上的法线方向分布；步骤S52：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶小平，张学军，张志宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22