专利名称：采用三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量非球面面形尤其是大口径非球面面形的方法。
背景技术：
对于中低精度的非球面元件和高精度光学非球面加工过程的检验，利用三坐标测 量仪对其进行轮廓测量，一直是一种最常用和实用的方法。该方法通过测量非球面表面相 对某一测量基准的绝对矢高，然后通过计算机软件与理论值相比较，获得绝对矢高相对于 理论矢高的偏差，通过计算机软件进行误差分析、数据拟合等计算可以获得非球面面形误 差分布。
但是该方法受三坐标测量仪测试范围的限制，对于中小口径的非球面，其外形尺 寸一般在三坐标测量仪的检测范围以内，能够直接完成对其面形的测量，但对于尺寸超过 三坐标测量仪的大口径非球面的测量，三坐标测量仪却无法实现。发明内容
本发明为解决现有对大口径非球面的检测无法采用三坐标测量仪实现检测的问 题，提供一种采用坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法。
采用三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法，该方法由以下步骤实现
步骤一、对被检测大口径非球面的尺寸进行划分，获得多个子孔径；所述多个子孔 径在三坐标测量仪的检测范围内，相邻子孔径有四分之一的区域为重合区域；
步骤二、采用三坐标测量仪检测并采集子孔径区域的面形数据，并在该子孔径区 域与相邻的另一个子孔径区域的重叠区域贴上三个靶标，采用三坐标测量仪测定三个靶标 的数据；
步骤三、调整被检测大口径非球面的位置，使三坐标测量仪能够检测到另一个子 孔径区域的面形数据；采用三坐标测量仪测定三个靶标的数据；移去三个靶标，三坐标测 量仪获得另一个子孔径区域的面形数据；
步骤四、判断是否是最后一个子孔径，如果是，则执行步骤五；如果否，返回执行步骤二 ；
步骤五、采用迭代算法将步骤二和步骤三获得的子孔径区域的面形数据进行坐标 变换，获得在相同基准面上的两个子孔径数据；
步骤六、判断步骤五获得的两个子孔径的重叠区域是否大于四分之一，如果否，则 返回执行步骤三；如果是，则采用最小二乘法获得两个子孔径的拼接系数，最终实现对大口 径非球面面形的检测。
本发明的有益效果本发明扩大了三坐标测量仪的测试范围，能够准确的实现对 大口径非球面面形的测量。该方法物理概念明确、数据处理简单、测试效率很高。利用本发 明方法能够精确实现对大口径非球面面形的测量，该方法操作简便、数据分析和运算简单、 测量时间短、检测成本低。
图1为本发明所述的三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形方法的流程图2为本发明所述的三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形方法中子孔径拼接示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形方法，该方法应用的装置主要包括三坐标测量仪、被检测大口径非球面、ViScan光学探头和镜面靶标等；通过三坐标测量仪对非球面各子孔径区域进行面形测量，对各子孔径数据进行分析和求解即可得到大口径非球面全口径的面形信息。
具体步骤为
一、建立全局坐标系；建立三坐标测量仪的全局坐标系，作为大口径非球面镜体拼接检测的统一基准。以三坐标测量基准平面上任意相互垂直的两条直线分别定义为X轴和 y轴，以与基准平面垂直的直线定义为z轴，坐标系如图2中所示。
二、子孔径规划根据三坐标测量仪的行程和大口径非球面的尺 寸划分子孔径的大小并计算子孔径的个数。划分的原则为各子孔径在三坐标测量仪的检测范围内，子孔径的个数为最�。髯涌拙肚蛴�1/4以上的重叠区域4。
三、子孔径测试；假定利用两次拼接测量即可完成全口径的测量，子孔径拼接示意图如图2所示，阴影部分代表第一子孔径I和第二子孔径2的重叠区域4。利用三坐标测量仪检测并采集到子第一孔径I区域的面形分布Z1 (Xl, Y1, Z1)。
四、测量靶标坐标；在第一子孔径I和第二子孔径2的重叠区域4贴上三个靶标3，靶标3为中心带十字线的圆形粘贴，结合图2，利用三坐标测量仪的ViScan光学探头能够精确测定到三个祀标3各自中心十字叉点的坐标Z11 (xn，yn, zn), Z12 (x12, y12, z12),Zl3 (X13，Υ 3> Z13)。
五、镜体位置调整；将大口径非球面镜体的位置进行调整，使三坐标测量仪行程能够完全测定第二子孔径2区域。
六、靶标坐标再次测定；在第2个测试位置，利用三坐标测量仪的ViScan光学探头再次测定到三个靶标各自中心十字叉点的坐标Z21(X21，y21, z21)，Z22 (x22, y22, Z22)，^23 (X23，5^23) Z23)。
七、其它子孔径测试；移去靶标3，利用三坐标测量仪测定得到第二子孔径2区域的面形分布Z2 (x2, j2, Z2)。
如有多个子孔径才能完成拼接测量，则重复步骤三至步骤七；
八、基准统一；通过坐标变换，可以求解得到两个子孔径之间的平移量和旋转量， 从而使坐标系统一。
具体步骤算法如下
由于不同子孔径测量之间的位置调整都在相同的基面上，因此位置调整仅会带来 χ方向和y方向的平移以及绕z方向的转动。假定两次测量两个子孔径在χ方向、y方向上的相对平移量分别为dx、dy，绕z轴的转动角度量为θ，则根据坐标变换理论，相邻两个子孔径上三个靶标中心点位置坐标有如下关系
权利要求
1.采用三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法，其特征是，该方法由以下步骤实现步骤一、对被检测大口径非球面的尺寸进行划分，获得多个子孔径；所述多个子孔径在三坐标测量仪的检测范围内，相邻子孔径有四分之一的区域为重叠区域；步骤二、采用三坐标测量仪检测并采集子孔径区域的面形数据，并在该子孔径区域与相邻的另一个子孔径区域的重叠区域贴上三个靶标，采用三坐标测量仪测定三个靶标的数据；步骤三、调整被检测大口径非球面的位置，使三坐标测量仪能够检测到另一个子孔径区域的面形数据；采用三坐标测量仪测定三个靶标的数据；移去三个靶标，三坐标测量仪获得另一个子孔径区域的面形数据；步骤四、判断是否是最后一个子孔径，如果是，则执行步骤五；如果否，返回执行步骤-* ;步骤五、采用迭代算法将步骤二和步骤三获得的子孔径区域的面形数据进行坐标变换，获得在相同基准面上的两个子孔径数据；步骤六、判断步骤五获得的两个子孔径的重叠区域是否大于四分之一，如果否，则返回执行步骤三；如果是，则采用最小二乘法获得两个子孔径的拼接系数，最终实现对大口径非球面面形的检测。
2.根据权利要求I所述的采用三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法，其特征在于，所述三个靶标为中心带十字线的圆形粘贴。
全文摘要
采用三坐标测量仪拼接测量大口径非球面面形的方法，涉及一种测量大口径非球面面形的方法，解决现有对大口径非球面的检测无法采用三坐标测量仪实现检测的问题；对被检测大口径非球面的尺寸进行划分，相邻子孔径有四分之一的区域为重合区域；采用三坐标测量仪测量第一子孔径区域的数据，并在重叠区域贴上三个靶标，采用三坐标测量仪测定靶标的数据；调整被检测大口径非球面的位置，采用三坐标测量仪再次测定三个靶标的数据；移去三个靶标，获得第二子孔径区域的面形数据；采用迭代算法进行两孔径的基准统一，求解拼接因子，如果有多个子孔径，采用两两拼接的方法实现对大口径非球面面形的检测。本方法操作简单，检测成本低。
文档编号G01B11/24GK102980532SQ20121057064
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者王孝坤 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
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