李劍奎

摘要：在精密測(cè)量領(lǐng)域，反射鏡的面形占有重要地位，其光學(xué)點(diǎn)陣是通過光場(chǎng)光源的大小以及多變性得到的，因此，會(huì)將兩者相互結(jié)合，得出一種測(cè)量方法，二維光學(xué)點(diǎn)陣形變快速面形測(cè)量，這種測(cè)量方法與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，具有一定的優(yōu)勢(shì)。將空間三維與光學(xué)相結(jié)合，建立起一個(gè)全新的數(shù)據(jù)化模型，而點(diǎn)陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法是包含了二維光學(xué)點(diǎn)陣變量以及三維反射鏡面形兩種數(shù)據(jù)模型的一種全新的算法?；诖?，本文以點(diǎn)陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法測(cè)量方法以及測(cè)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。

關(guān)鍵詞：光學(xué)點(diǎn)陣;面形;測(cè)量分析;反射鏡

現(xiàn)階段，鏡面以及精密反射鏡在我國(guó)很多領(lǐng)域得到發(fā)揮的空間，例如醫(yī)療器械的制造、航天事業(yè)工程、精密的器械制造等等，都有精密反射鏡的身影。但是在反射鏡的發(fā)展中，由于傳統(tǒng)的面形的在線實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)以及不能滿足當(dāng)前反射鏡測(cè)量的發(fā)展，因此，將反射鏡面形測(cè)量方法與光學(xué)相結(jié)合，利用光學(xué)點(diǎn)陣形變的測(cè)量手段的優(yōu)勢(shì)，為反射鏡面形的測(cè)量提供技術(shù)支持。因?yàn)楣鈱W(xué)點(diǎn)陣形變技術(shù)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)具有極高的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度以及線上測(cè)量，一定程度上提高了反光鏡面形測(cè)量的速度，進(jìn)而使反光鏡面形實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高品質(zhì)、高水準(zhǔn)的測(cè)量技術(shù)。

一、測(cè)量實(shí)驗(yàn)背景

光學(xué)點(diǎn)陣形變?cè)诜瓷溏R面形測(cè)量方法中，起到推動(dòng)作用。光學(xué)的在線監(jiān)測(cè)手段是在雙方不用接觸的情況下，將反射鏡面形的面形信息通過發(fā)光點(diǎn)的形式接收，因此在測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，可以將其分成多種技術(shù)手段進(jìn)行測(cè)量。通常在測(cè)量實(shí)驗(yàn)中用率較高的技術(shù)是光學(xué)探針法、相位測(cè)量偏折法以及干探測(cè)量法，其中幾種方法都具有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，例如光學(xué)探針法在測(cè)量實(shí)驗(yàn)過程中明顯優(yōu)于傳統(tǒng)探針技術(shù)手段，具有精準(zhǔn)度高，垂直分辨率高的特點(diǎn)，但是此類技術(shù)具有一定的局限性，垂直測(cè)量的范圍小。干探測(cè)量法具有測(cè)量速度快，縱向分辨度高的優(yōu)點(diǎn)，導(dǎo)致這種技術(shù)手段搜外界影響較大，進(jìn)而影響測(cè)量數(shù)據(jù)偏差。相位測(cè)量法數(shù)據(jù)是將其分為多種技術(shù)，通過全方位地進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量數(shù)據(jù)的形態(tài)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但是在測(cè)量過程中容易受反射鏡側(cè)面變形的缺陷影響，導(dǎo)致測(cè)量誤差。因此，本次開展光學(xué)點(diǎn)陣技術(shù)在反射鏡面形測(cè)量實(shí)驗(yàn)[1]。

二、測(cè)量原理

在進(jìn)行反射鏡面形測(cè)量時(shí)，將光學(xué)點(diǎn)陣技術(shù)應(yīng)用其中，將光點(diǎn)以計(jì)算機(jī)技術(shù)大力，將轉(zhuǎn)化填入空間光調(diào)制器，在通過空間光調(diào)器的運(yùn)轉(zhuǎn)中，將其轉(zhuǎn)化成兩個(gè)焦距不同的透鏡，在將反射鏡側(cè)面投射至光學(xué)點(diǎn)陣上，在測(cè)量過程中光學(xué)點(diǎn)陣的位置以及形狀會(huì)受反射鏡面形測(cè)量嗎面的表面高度影響。在光電被形變后會(huì)將其投放至相機(jī)鏡片中，進(jìn)而將相機(jī)中的成像與平面成像進(jìn)行光學(xué)點(diǎn)陣測(cè)量，最后將其數(shù)據(jù)信息趣多面訪信息相比對(duì)，形成空間形態(tài)的幾何狀態(tài)，便于分析，更加清楚地分析反射鏡測(cè)量面的面形信息[2]。

三、面形測(cè)量分辨率范圍

在反射鏡面形檢測(cè)過程中，橫向分辨率“X”是相機(jī)中的成像焦點(diǎn)與實(shí)際反射鏡測(cè)量面的水平偏差數(shù)值。在反光鏡面形測(cè)量中，反射鏡的測(cè)量面會(huì)存在一定的傾斜，與水平面形成的傾斜角，經(jīng)過光學(xué)點(diǎn)陣形變將面形呈現(xiàn)在相機(jī)中時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，與實(shí)際測(cè)量存在距離差距AB[3]。如果在相機(jī)成像中有兩個(gè)相鄰的兩個(gè)像素點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的是不同的反射角，那么這種水平偏轉(zhuǎn)角的算法就會(huì)被轉(zhuǎn)化成正切角。將光學(xué)點(diǎn)陣的片力量利用質(zhì)心算法使橫向分辨率等于光學(xué)點(diǎn)陣的周期，例如相機(jī)的像素為4665μm，那么在相機(jī)成像素質(zhì)放大后，將其帶入Xcam=Xpixel/M1公式中就會(huì)得到像素點(diǎn)的橫向分辨率，通過實(shí)驗(yàn)得出反射鏡橫向測(cè)量范圍與空間光調(diào)器的像素以及成像放大有關(guān)[4]。

四、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

可調(diào)性是變形鏡面形的重要標(biāo)志，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中將變形鏡作為測(cè)量面，變形鏡盡量選擇動(dòng)態(tài)范圍大，線性度好的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)過程中通過控制光學(xué)點(diǎn)陣的形態(tài)得到不同的變形鏡面形，再將光學(xué)點(diǎn)陣周期帶入空間光調(diào)其內(nèi)部進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而產(chǎn)生兩個(gè)焦距數(shù)值不同的透鏡，利用光學(xué)點(diǎn)陣反射的原理，將焦距不同的變形鏡側(cè)面投放到相機(jī)中，得到相機(jī)成像圖。其次在經(jīng)過Matlab技術(shù)對(duì)相機(jī)中的成像圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過一系列技術(shù)手段的處理，將變形鏡面形測(cè)量以數(shù)軸的形式呈現(xiàn)出來，這樣可以更加清楚地看出光學(xué)點(diǎn)陣形變?cè)谧冃午R面形測(cè)量中的數(shù)據(jù)變化，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)光學(xué)點(diǎn)陣形變測(cè)量的準(zhǔn)確度非常高，并且，光學(xué)點(diǎn)陣形變測(cè)量會(huì)跟隨測(cè)量面的傾斜角而改變，側(cè)面傾斜度越大，光學(xué)點(diǎn)陣形變測(cè)量數(shù)值就會(huì)越準(zhǔn)確，面形測(cè)量的精準(zhǔn)度越高，穩(wěn)定性越好[5]。

結(jié)束語：

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光學(xué)點(diǎn)陣形變?cè)诜瓷溏R面形測(cè)量中應(yīng)用的可行性，通過將光學(xué)點(diǎn)陣變形于計(jì)算機(jī)技術(shù)融合得到的原理，將反射鏡側(cè)面的數(shù)據(jù)信息整合成三維立體的幾何模型，通過反射鏡不同的傾斜角的測(cè)量分辨率范圍，明確光學(xué)點(diǎn)陣形變?cè)诜瓷溏R面形測(cè)量中應(yīng)用的準(zhǔn)確性。通過需求控制光點(diǎn)的折射，達(dá)到光電的大小形態(tài)適宜。光學(xué)點(diǎn)陣形變技術(shù)相比傳統(tǒng)的折射技術(shù)來說更加的靈活，能夠進(jìn)一步滿足面形測(cè)量的需求，并且測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確清晰，能夠通過光學(xué)點(diǎn)陣的周期來適應(yīng)實(shí)際面形測(cè)量的需求，并且在數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，相比傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)更加便捷。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 邵山川. 基于條紋反射法的金剛石車床在位反射鏡面形檢測(cè)技術(shù)研究[D]. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）.

[5] 胡春光， 曲正， 胡曉東，等. 基于變焦鏡頭的無衍射二維光學(xué)晶格周期調(diào)節(jié)系統(tǒng)：， CN110262044A[P]. 2019.