三維測量方法與儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，尤其涉及Η維測量方法與儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] Η維在位檢測技術(shù)對于自由曲面工件是至關(guān)重要的。由于光學(xué)自由曲面面型的幾 何復(fù)雜性W及對其測量的高精度要求，使得Η維測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)測量成為自由曲面檢測的最 優(yōu)測量方式。從另一個(gè)角度來看，使用傳統(tǒng)離線檢測技術(shù)測量外部尺寸或重量較大且表面 帶有微結(jié)構(gòu)的工件是幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的。不僅如此，傳統(tǒng)離線檢測技術(shù)對于加工效率和測 量的可追溯性都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的影響。
[0003] 現(xiàn)有的測量技術(shù)都無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)Η維檢測和在位檢測。對于單一的Η維檢測技 術(shù)，很多Η維檢測系統(tǒng)都已實(shí)現(xiàn)商品化，但是送些成熟的Η維檢測系統(tǒng)均屬于傳統(tǒng)的離線 檢測設(shè)備，由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性而無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)在位檢測。對于現(xiàn)有的在位檢測系統(tǒng)，都是 針對表面粗糖度所進(jìn)行的二維粗糖度測量，而無法進(jìn)行表面形貌的Η維測量。
[0004] 考慮到對于自由曲面檢測的現(xiàn)有測量技術(shù)的現(xiàn)狀及其局限性，對于很多目前有廣 泛應(yīng)用的自由曲面元件，比如非自由曲面上帶有微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜情況，現(xiàn)有的測量技術(shù)無法 進(jìn)行直接測量。
[0005] 申請?zhí)枮?01080051728. 7的名稱為"Η維測量方法"公開了一種用于根據(jù)立體測 量方法通過使用至少兩個(gè)照相機(jī)來測量產(chǎn)品的特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)的Η維測量方法，包括W 下的步驟；通過使用第一照相機(jī)捕獲特征點(diǎn)，并且通過使用第二照相機(jī)捕獲與特征點(diǎn)連續(xù) 的特征點(diǎn)組；計(jì)算包含第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)、第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置和第二 照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的面，相應(yīng)點(diǎn)與特征點(diǎn)對應(yīng)，并且，計(jì)算作為計(jì)算的面與包含第二照相機(jī) 的傳感器的面的面的交線的第一線；和計(jì)算延伸通過第一照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)和 第一照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線W及延伸通過第二照相機(jī)的傳感器面上的相應(yīng)點(diǎn)組和第二 照相機(jī)的焦點(diǎn)位置的直線，并計(jì)算所計(jì)算的直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)。該方法雖 然能將產(chǎn)品的特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)測量出來，但是利用了至少兩個(gè)相機(jī)，操作步驟較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的工件的Η維測量方法操作復(fù)雜的問題，提供了一種Η維測量方 法與儀器。
[0007] 本發(fā)明就其技術(shù)問題提供的技術(shù)方案如下：
[0008] 本發(fā)明提供了一種Η維測量方法，包括W下步驟：
[0009] S1、設(shè)置微透鏡陣列，使該微透鏡陣列包括陣列排列的多個(gè)單元透鏡；并使該微透 鏡陣列朝向工件的待測表面，從而使該工件上的待測表面的特征點(diǎn)通過微透鏡陣列形成多 個(gè)像點(diǎn)；
[0010] S2、設(shè)置傳感平面，使該傳感平面與微透鏡陣列所在平面平行，使傳感平面與微透 鏡陣列所在平面之間的距離為傳感距離；獲取待測表面的特征點(diǎn)在傳感平面上所形成的多 個(gè)像點(diǎn)；
[0011] S3、設(shè)置映射平面，并在該映射平面上設(shè)置多個(gè)映射點(diǎn)；使該多個(gè)映射點(diǎn)與特征點(diǎn) 的多個(gè)像點(diǎn)一一對應(yīng)；設(shè)置重聚焦平面，并使該重聚焦平面與映射平面平行，且使重聚焦平 面與映射平面之間的距離等于傳感距離；在該重聚焦平面上設(shè)置會(huì)聚點(diǎn)陣列，使該會(huì)聚點(diǎn) 陣列包括陣列排列的多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)；并使該多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)與所述多個(gè)單元透鏡的中必一一對 應(yīng)；且使該多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)與多個(gè)映射點(diǎn)一一對應(yīng)；
[0012] S4、連接特征點(diǎn)的每個(gè)像點(diǎn)的映射點(diǎn)與該映射點(diǎn)對應(yīng)的會(huì)聚點(diǎn)，W形成該特征點(diǎn) 的多個(gè)重聚焦連線；該多個(gè)重聚焦連線相交于重聚焦點(diǎn)；建立工件所在空間的物空間Η維 坐標(biāo)系W及重聚焦點(diǎn)所在空間的重聚焦點(diǎn)Η維坐標(biāo)系；使物空間Η維坐標(biāo)系與重聚焦點(diǎn)Η 維坐標(biāo)系對應(yīng)；計(jì)算該重聚焦點(diǎn)的Η維坐標(biāo)，并根據(jù)該重聚焦點(diǎn)的Η維坐標(biāo)、物空間Η維坐 標(biāo)系與重聚焦點(diǎn)Η維坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系計(jì)算得到特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)；
[0013]S5、將該特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)顯示出來。
[0014] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，根據(jù)步驟S1-步驟S4通過一次測量得到工件的待 測表面上所有特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)；并根據(jù)得到的工件待測表面上所有特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)繪 制出工件待測表面的Η維形貌。
[0015] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，所述傳感平面包括一個(gè)CCD圖像傳感器的傳感器 面，該傳感器面被分割為陣列排列的多個(gè)傳感區(qū)；該多個(gè)傳感區(qū)與多個(gè)單元透鏡一一對應(yīng)。
[0016] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，所述傳感平面包括CMOS圖像傳感器的傳感器面； 該CMOS圖像傳感器的傳感器面與微透鏡陣列所在平面平行。
[0017] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，所述步驟S3包括；根據(jù)獲取的特征點(diǎn)的多個(gè)像 點(diǎn)，計(jì)算得到該特征點(diǎn)的同名點(diǎn)間距；并根據(jù)同名點(diǎn)間距在映射平面上設(shè)置映射點(diǎn)。
[0018] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，所述步驟S4還包括步驟S41 ;轉(zhuǎn)動(dòng)工件，使工件上 的背向微透鏡陣列的特征點(diǎn)朝向該微透鏡陣列，并重復(fù)步驟S1-步驟S4W計(jì)算得到該工件 上的背向微透鏡陣列的特征點(diǎn)在工件轉(zhuǎn)動(dòng)后在物空間Η維坐標(biāo)系中的Η維坐標(biāo)；然后根據(jù) 該工件轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，計(jì)算得到該特征點(diǎn)在工件轉(zhuǎn)動(dòng)前在物空間Η維坐標(biāo)系中的Η維坐標(biāo)。
[0019] 本發(fā)明上述的Η維測量方法中，根據(jù)步驟S1-步驟S4W及步驟S41得到工件的朝 向微透鏡陣列和背向微透鏡陣列的表面上所有特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)；并根據(jù)得到的工件朝向 微透鏡陣列和背向微透鏡陣列的表面上所有特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)繪制出工件的Η維形貌。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種Η維測量儀器，該Η維測量儀器包括：
[0021] 微透鏡陣列，該微透鏡陣列包括陣列排列的多個(gè)單元透鏡；該微透鏡陣列用于朝 向工件的待測表面，使該工件的待測表面的特征點(diǎn)在微透鏡陣列的背向工件的一側(cè)形成多 個(gè)像點(diǎn)；
[0022] 圖像傳感器，該圖像傳感器的傳感器面構(gòu)成傳感平面，該傳感平面與微透鏡陣列 所在平面平行，傳感平面與微透鏡陣列所在平面之間的距離為傳感距離；該圖像傳感器用 于獲取工件上待測表面的特征點(diǎn)在傳感平面上所形成的多個(gè)像點(diǎn)；并將該多個(gè)像點(diǎn)的位置 關(guān)系發(fā)送給處理器；
[0023] 處理器，該處理器與圖像傳感器電性連接，用于接收圖像傳感器發(fā)送的多個(gè)像點(diǎn) 的位置關(guān)系，并建立映射平面，在該映射平面上設(shè)置多個(gè)映射點(diǎn)，使該多個(gè)映射點(diǎn)與多個(gè)像 點(diǎn)一一對應(yīng)；該處理器還用于建立重聚焦平面，并使該重聚焦平面與映射平面平行，且使重 聚焦平面與映射平面之間的距離等于傳感距離；該處理器還用于在該重聚焦平面上設(shè)置會(huì) 聚點(diǎn)陣列；該會(huì)聚點(diǎn)陣列包括陣列排列的多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)；該多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)與所述多個(gè)單元透鏡 的中必一一對應(yīng)；且該多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)與多個(gè)映射點(diǎn)一一對應(yīng)；該處理器還用于連接特征點(diǎn)的 每個(gè)像點(diǎn)的映射點(diǎn)與該映射點(diǎn)對應(yīng)的會(huì)聚點(diǎn)，W形成該特征點(diǎn)的多個(gè)重聚焦連線；該多個(gè) 重聚焦連線相交于重聚焦點(diǎn)；該處理器還用于建立工件所在空間的物空間Η維坐標(biāo)系W及 重聚焦點(diǎn)所在空間的重聚焦點(diǎn)Η維坐標(biāo)系；物空間Η維坐標(biāo)系與重聚焦點(diǎn)Η維坐標(biāo)系對 應(yīng)；計(jì)算該重聚焦點(diǎn)的Η維坐標(biāo)，并根據(jù)該重聚焦點(diǎn)的Η維坐標(biāo)、物空間Η維坐標(biāo)系與重聚 焦點(diǎn)Η維坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系計(jì)算得到特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)，然后將該特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)發(fā)送 給顯示設(shè)備；
[0024] 存儲(chǔ)器；該存儲(chǔ)器與處理器電性連接，該存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)映射平面的方程式、多個(gè) 映射點(diǎn)的坐標(biāo)、重聚焦平面的方程式、多個(gè)會(huì)聚點(diǎn)的坐標(biāo)、多個(gè)重聚焦連線的方程式、重聚 焦點(diǎn)的坐標(biāo)W及特征點(diǎn)的坐標(biāo)；
[00巧]顯示設(shè)備：該顯示設(shè)備與處理器電性連接、該顯示設(shè)備用于接收處理器發(fā)送的特 征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)，并將該特征點(diǎn)的Η維坐標(biāo)顯示出來。
[0026] 本發(fā)明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器還包括用于轉(zhuǎn)動(dòng)工件，使工件 上的背向微透鏡陣列的特征點(diǎn)朝向該微透鏡陣列的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
[0027] 本發(fā)明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器還包括設(shè)置在工件和微透鏡陣 列之間的物鏡；該物鏡的軸向垂直于微透鏡陣列所在平面。
[0028] 本發(fā)明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器