离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法及系统，使用线激光传感器扫描标准量块和标准球表面，分别标定出线激光传感器绕Y轴旋转造成的侧倾角度误差、绕X轴旋转造成的俯仰角度误差以及绕Z轴旋转造成的滚转角度误差，将线激光传感器光刀方向调整至通过转台中心，并建立误差数学模型，通过补偿提高线激光扫描传感器在离轴非球面检测中的测量精度。操作方便，除标准量块和标准球外，不需要额外的设备，误差标定系统简单，具有较高的实用性和经济性。有较高的实用性和经济性。有较高的实用性和经济性。

【技术实现步骤摘要】
离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法及系统


[0001]本专利技术属于光学测量
，具体涉及一种离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法及系统。

技术介绍

[0002]随着现代光学技术的不断发展，离轴非球面光学元件具有大视场、无中心遮拦及像质接近衍射极限等优点，使其在空间光学、军事国防、高科技民用等领域的应用越来越广泛，针对离轴非球面元件加工过程中的在位测量检测阶段也提出了更高的精度要求。
[0003]目前，离轴非球面的测量方法主要有干涉测量法和坐标测量法。干涉测量法适用于离线检测阶段，需要加工制造补偿器，成本较高，不适合在位检测；坐标测量法可用于在位检测阶段，配合线激光扫描传感器沿X轴以固定步长的横移和转台的旋转，依次获取离轴非球面各弧形环域的点云数据，从而计算得到离轴非球面面型误差。
[0004]在离轴非球面的线激光扫描传感器检测中，线激光扫描传感器光刀垂直照射于工件表面，线激光扫描传感器在装夹过程中的位置和姿态误差对离轴非球面面型质量的测量结果有着较大的影响，通过人工调整的方法难以达到更高的精度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、标定出绕Y轴旋转造成的侧倾角度误差θ
y
，得到线激光传感器各测量点坐标[x
′
k
,y
′
k
,z
′
k
]
T
的误差数学模型；S2、利用线激光传感器各测量点坐标[x
′
k
,y
′
k
,z
′
k
]
T
的误差数学模型，标定出绕X轴旋转造成的俯仰角度误差θ
x
，得到线激光传感器各测量点坐标[x
″
k
,y
″
k
,z
″
k
]
T
的误差数学模型；S3、将线激光传感器光刀方向调整至对准转台中心以实现硬件调整，利用线激光传感器各测量点坐标[x
k
″
,y
k
″
,z
″
k
]
T
的误差数学模型，标定出绕Z轴旋转造成的滚转角度误差θ
z
，得到最终各测量点坐标[x
″′
k
,y
″′
k
,z
″′
k
]
T
的误差补偿模型，实现误差补偿。2.根据权利要求1所述的离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，线激光传感器各测量点坐标[x
′
k
,y
′
k
,z
′
k
]
T
的误差数学模型具体为：其中，d为线激光传感器的光刀长度，n为线激光传感器光刀测量点数量，Δd＝d/(n
‑
1)为线激光传感器各测量点之间的距离，[x
k
,y
k
,z
k
]
T
为线激光传感器各测量点初始的坐标，k＝1,2,
…
,n。3.根据权利要求2所述的离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，侧倾角度误差θ
y
为：其中，z1和z
n
分别为光刀两端的测量值。4.根据权利要求1所述的离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，线激光传感器各测量点坐标[x
″
k
,y
″
k
,z
″
k
]
T
的误差数学模型为：其中，[x
k
′
,y
k
′
,z
k
′
]
T
为代入侧倾角度误差θ
x
补偿后的线激光传感器各测量点坐标，k＝1,2,
…
,n，n为线激光传感器光刀测量点数量。5.根据权利要求4所述的离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，俯仰角度误差θ
x
为：其中，z
k
′
和z
hk
′
分别为线激光传感器沿Z向上升高度h前后标准量块表面的两组数据。6.根据权利要求1所述的离轴非球面检测用线激光传感器位姿误差标定方法，其特征在于，硬件调整具体为：在转台坐标系下，使用线激光传感器扫描标准球的表面，得到一组数据(x
ck
,y
ck
,z
ck
)，k
＝1,2,
…
,n，利用最小二乘法，代入大于等于4个点的数据，求出标准球的球心(a,b,c)和半径R，确定转台中心点的X、Y坐标(a,b)，光刀中间点的X、Y坐标(x
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【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，兰梦辉，魏翔，吴修远，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：