以二維光學點陣形變?yōu)榛A面形測量分析

李劍奎

摘要：在精密測量領域，反射鏡的面形占有重要地位，其光學點陣是通過光場光源的大小以及多變性得到的，因此，會將兩者相互結(jié)合，得出一種測量方法，二維光學點陣形變快速面形測量，這種測量方法與傳統(tǒng)的測量方法相比，具有一定的優(yōu)勢。將空間三維與光學相結(jié)合，建立起一個全新的數(shù)據(jù)化模型，而點陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法是包含了二維光學點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?，本文以點陣質(zhì)心的面形重構(gòu)算法測量方法以及測量進行實驗分析。

關(guān)鍵詞：光學點陣;面形;測量分析;反射鏡

現(xiàn)階段，鏡面以及精密反射鏡在我國很多領域得到發(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)的面形的在線實時測量技術(shù)以及不能滿足當前反射鏡測量的發(fā)展，因此，將反射鏡面形測量方法與光學相結(jié)合，利用光學點陣形變的測量手段的優(yōu)勢，為反射鏡面形的測量提供技術(shù)支持。因為光學點陣形變技術(shù)在進行測量時具有極高的數(shù)據(jù)精準度以及線上測量，一定程度上提高了反光鏡面形測量的速度，進而使反光鏡面形實現(xiàn)高質(zhì)量、高品質(zhì)、高水準的測量技術(shù)。

一、測量實驗背景

光學點陣形變在反射鏡面形測量方法中，起到推動作用。光學的在線監(jiān)測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)光點的形式接收，因此在測量實驗中，可以將其分成多種技術(shù)手段進行測量。通常在測量實驗中用率較高的技術(shù)是光學探針法、相位測量偏折法以及干探測量法，其中幾種方法都具有一定的優(yōu)缺點，例如光學探針法在測量實驗過程中明顯優(yōu)于傳統(tǒng)探針技術(shù)手段，具有精準度高，垂直分辨率高的特點，但是此類技術(shù)具有一定的局限性，垂直測量的范圍小。干探測量法具有測量速度快，縱向分辨度高的優(yōu)點，導致這種技術(shù)手段搜外界影響較大，進而影響測量數(shù)據(jù)偏差。相位測量法數(shù)據(jù)是將其分為多種技術(shù)，通過全方位地進行測量，這種測量技術(shù)可以實現(xiàn)三維測量數(shù)據(jù)的形態(tài)，數(shù)據(jù)準確性高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但是在測量過程中容易受反射鏡側(cè)面變形的缺陷影響，導致測量誤差。因此，本次開展光學點陣技術(shù)在反射鏡面形測量實驗[1]。

二、測量原理

在進行反射鏡面形測量時，將光學點陣技術(shù)應用其中，將光點以計算機技術(shù)大力，將轉(zhuǎn)化填入空間光調(diào)制器，在通過空間光調(diào)器的運轉(zhuǎn)中，將其轉(zhuǎn)化成兩個焦距不同的透鏡，在將反射鏡側(cè)面投射至光學點陣上，在測量過程中光學點陣的位置以及形狀會受反射鏡面形測量嗎面的表面高度影響。在光電被形變后會將其投放至相機鏡片中，進而將相機中的成像與平面成像進行光學點陣測量，最后將其數(shù)據(jù)信息趣多面訪信息相比對，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量面的面形信息[2]。

三、面形測量分辨率范圍

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

四、測量實驗結(jié)果

可調(diào)性是變形鏡面形的重要標志，在實驗測量中將變形鏡作為測量面，變形鏡盡量選擇動態(tài)范圍大，線性度好的進行實驗測量。在實驗過程中通過控制光學點陣的形態(tài)得到不同的變形鏡面形，再將光學點陣周期帶入空間光調(diào)其內(nèi)部進行調(diào)節(jié)，進而產(chǎn)生兩個焦距數(shù)值不同的透鏡，利用光學點陣反射的原理，將焦距不同的變形鏡側(cè)面投放到相機中，得到相機成像圖。其次在經(jīng)過Matlab技術(shù)對相機中的成像圖進行數(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點陣形變在變形鏡面形測量中的數(shù)據(jù)變化，得出實驗結(jié)果。實驗結(jié)束后，經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)光學點陣形變測量的準確度非常高，并且，光學點陣形變測量會跟隨測量面的傾斜角而改變，側(cè)面傾斜度越大，光學點陣形變測量數(shù)值就會越準確，面形測量的精準度越高，穩(wěn)定性越好[5]。

結(jié)束語：

通過實驗驗證了光學點陣形變在反射鏡面形測量中應用的可行性，通過將光學點陣變形于計算機技術(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量分辨率范圍，明確光學點陣形變在反射鏡面形測量中應用的準確性。通過需求控制光點的折射，達到光電的大小形態(tài)適宜。光學點陣形變技術(shù)相比傳統(tǒng)的折射技術(shù)來說更加的靈活，能夠進一步滿足面形測量的需求，并且測量數(shù)據(jù)更加準確清晰，能夠通過光學點陣的周期來適應實際面形測量的需求，并且在數(shù)據(jù)計算時，相比傳統(tǒng)測量技術(shù)更加便捷。

參考文獻：

[1] 胡春光， 曲正， 查日東，等. 基于二維光學點陣的漫反射型表面形貌測量方法：， CN109579747A[P]. 2019.

[2] 李江春. 暗記點陣形態(tài)特征鑒別彩色激光印刷文件的可行性研究[J]. ?2021（2018-2）：114-122.

[3] 孔梅梅， 高志山， 陳磊，等. 人眼晶狀體的面型和折射率對成像影響的模擬分析[J]. Chinese Optics Letters， 2008， 6（5）.

[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技術(shù)研究[D]. 中國科學院大學（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）.

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