[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定方法及標(biāo)定系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210105760.3
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114543670B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚二輝;胡海翔;陶小平;劉振宇;曾雪鋒;羅霄
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 劉建偉

本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定方法，涉及光學(xué)元件檢測技術(shù)領(lǐng)域，在光學(xué)元件附近設(shè)置數(shù)個固定標(biāo)記物，使用成像設(shè)備將固定標(biāo)記物、光學(xué)元件、以及隨機(jī)標(biāo)記物同時(shí)成像于像面，根據(jù)已知的固定標(biāo)記物相對于光學(xué)元件的位姿，以及像面上固定標(biāo)記物的坐標(biāo)，結(jié)合隨機(jī)標(biāo)記物與固定標(biāo)記物在像面上的位姿關(guān)系，解算隨機(jī)標(biāo)記物相對于光學(xué)元件的位姿關(guān)系，完成隨機(jī)標(biāo)記物的識別及坐標(biāo)提取。本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)上述方法的基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定系統(tǒng)。本發(fā)明的方法避免了傳統(tǒng)的人工使用測頭打點(diǎn)操作，大大提高了畸變校正的效率，同時(shí)降低了操作過程中的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，為光學(xué)元件的高效高質(zhì)量制造提供了一定的保障。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)元件檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定方法及標(biāo)定系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著空間光學(xué)、對地遙感等技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)對光學(xué)元件的面形誤差、粗糙度、中高頻控制等技術(shù)要求愈加苛刻，如何實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件的高效高質(zhì)量制造是光學(xué)人員面臨的緊迫性難題。在實(shí)際光學(xué)元件制造過程中，檢測和加工之間實(shí)現(xiàn)有效協(xié)同工作，需要考慮以下兩個方面的內(nèi)容：

首先，常規(guī)光學(xué)元件制造過程中，檢測和加工往往具有坐標(biāo)非統(tǒng)一性的特點(diǎn)，即檢測設(shè)備和加工設(shè)備沒有嚴(yán)格的集成在一起。光學(xué)檢測之后，需要將檢測數(shù)據(jù)與加工機(jī)床進(jìn)行坐標(biāo)統(tǒng)一，即將檢測數(shù)據(jù)中反射鏡的位姿轉(zhuǎn)換到加工機(jī)床之后才能指導(dǎo)后續(xù)加工。

其次，在高陡度非球面、自由曲面等光學(xué)元件的檢測過程中，尤其在拋光階段多使用補(bǔ)償元件配合激光干涉儀進(jìn)行檢測，但隨著被檢測元件偏離最接近球面程度(非球面度)的增大，干涉像面上呈現(xiàn)的被檢鏡輪廓將出現(xiàn)一定的畸變，且隨著非球面度的增大，畸變程度也更加嚴(yán)重。如圖1所示的被檢鏡為一塊圓形離軸非球面反射鏡，由于非球面度較大，其在干涉儀中的投影輪廓為近似橢圓形，近光軸和遠(yuǎn)光軸端的像素/尺寸的比值相差近10倍，檢測結(jié)果不能直接用于指導(dǎo)加工。

因此，在光學(xué)檢測之后，往往需要進(jìn)行畸變校正，統(tǒng)一反射鏡不同位置的像素/尺寸的比值，同時(shí)將檢測數(shù)據(jù)中被檢鏡的位姿轉(zhuǎn)換至加工坐標(biāo)系，為下一步的加工做好準(zhǔn)備。目前畸變校正過程示意圖如圖2所示，具體步驟如下：

1.光學(xué)檢測之前，在鏡面隨機(jī)放置數(shù)個隨機(jī)標(biāo)記物，使光學(xué)檢測保存的干涉檢測文件中即包含鏡面誤差信息以及標(biāo)記物的位置信息；

2.使用機(jī)床測頭/三坐標(biāo)建立工件坐標(biāo)系，獲取隨機(jī)標(biāo)記物相對工件的坐標(biāo)；

3.在光學(xué)檢測文件中提取隨機(jī)標(biāo)記物相對檢測像面的坐標(biāo)信息；

4.根據(jù)待測光路光學(xué)參數(shù)，解算隨機(jī)標(biāo)記物在工件坐標(biāo)及像面坐標(biāo)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，進(jìn)而獲取校正后的面形矢高信息。

在畸變校正的整個過程中，耗時(shí)較長的步驟為隨機(jī)標(biāo)記物的坐標(biāo)獲取，即上述的第2步驟，目前常用人工操作測頭逐個打點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)。但是，在實(shí)際操作過程中，在鏡面上放置標(biāo)記物以及獲取其工件坐標(biāo)系下的相對位置是一件繁瑣、耗時(shí)、易出錯、易劃傷鏡面的過程，尤其當(dāng)工件尺寸較大或需要的標(biāo)記物數(shù)量較多時(shí)，該人工操作過程就會變得相當(dāng)繁瑣且危險(xiǎn)。因此，對于大口徑光學(xué)元件來說，如何高效且安全的實(shí)施該過程是一大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定方法及標(biāo)定系統(tǒng)，基于機(jī)器視覺的標(biāo)記物自動識別、坐標(biāo)位置一次性全部獲取的方法，為光學(xué)元件的畸變校正提供快速、高精度輔助標(biāo)定手段。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于機(jī)器視覺的光學(xué)元件位姿輔助標(biāo)定方法，包括以下步驟：

S1：在光學(xué)元件上設(shè)置若干固定標(biāo)記物，所有固定標(biāo)記物與光學(xué)元件之間的位姿保持不變，且各個固定標(biāo)記物的放置位置盡量分開且不遮擋光學(xué)元件的有效口徑；