CN105973169A - 滚转角测量方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种滚转角测量方法、装置和系统，其中，所述滚转角测量方法包括：采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息；至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。本申请提供的技术方案应用广泛，所需器件少，系统结构简单，测量结果直观且实时。

Description

滚转角测量方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及一种滚转角测量方法、装置和系统。

背景技术

刚体自由度的测量具有显著的工程意义，它在姿态控制、精密加工等方面有重要的作用，例如在飞行器姿态控制、机床加工刀具精确定位等方面都获得广泛的应用。

滚转角是刚体六个自由度之一，对它的精密测量可以作为角位移定位的基础，也可以作为有效控制滚转角误差的依据。通常来说，滚转角的测量是刚体六个自由度的测量中的最具有挑战的任务。

常用的滚转角测量方法主要分为：几何光学法、干涉测位移法和偏振法。几何光学法主要根据激光传播方向与滚转角之间的关系进行测量。干涉测位移法则是测量某一点在干涉仪轴线方向上的线位移，进而根据线位移确定相应的角位移(即滚转角)。而偏振法则利用光的偏振态对滚转角敏感进行测量。

发明内容

在下文中给出了关于本申请的简要概述，以便提供关于本申请的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本申请的穷举性概述。它并不是意图确定本申请的关键或重要部分，也不是意图限定本申请的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本申请实施例提供一种滚转角测量方法、装置和系统。

第一方面，本申请实施例提供了一种滚转角测量方法，包括：

采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息；

至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

第二方面，本申请实施例还提供了一种滚转角测量装置，包括：

一数字散斑干涉测量模块，用于采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息；

一滚转角确定模块，用于至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

第三方面，本申请实施例还提供了一种滚转角测量系统，包括：

一数字散斑干涉测量子系统、一处理器和一存储器，所述处理器分别与所述数字散斑干涉测量子系统和所述存储器连接；

所述存储器用于存放至少一指令；所述指令使所述处理器执行本申请实施例提供的任一种滚转角测量方法所对应的操作。

基于本申请实施例提供的技术方案可以检测物面内任意一点的滚转角，这意味着这种技术不但可以用于刚体的滚转角测量，同时还可以用于柔性体以及分离部件的滚转角测量，并且该方法器件少、结构简单、测量结果直观且实时。

通过以下结合附图对本申请的可选实施例的详细说明，本申请的这些以及其它的优点将更加明显。

附图说明

本申请可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本申请的可选实施例和解释本申请的原理和优点。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种滚转角测量方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种基于双光束照明的散斑干涉技术测量滚转角的可选示例；

图3为本申请实施例提供的一种未解包裹的相位图的实验结果示例；

图4为本申请实施例提供的一种滚转角测量装置的逻辑框图；

图5为本申请实施例提供的一种滚转角测量系统的逻辑框图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本申请实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本申请的示范性实施例进行详细描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图和说明中仅仅描述了与根据本申请的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了对与本申请关系不大的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

本领域技术人员可以理解，本申请中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。

通常来说，物面滚转(滚转所围绕的滚转轴垂直于物面)导致的物面形变很小，但会导致较大的相位差变化，因此，基于干涉测位移原理进行滚转角的传统方法是基于两束相干的激光发生干涉所产生的相位差变化的方法进行的测量，但是该种测量方法涉及的器件多，系统结构复杂，不易布局。区别于基于干涉测位移原理进行滚转角的传统方法，本申请首次将对物面形变极为敏感的数字散斑干涉技术引入滚转角的测量，提供了一种滚转角测量的全新方案，下面结合附图详细说明本申请具有示范性的实施例的技术方案。

图1为本申请实施例提供的一种滚转角测量方法流程图。如图1所示，本申请实施例提供的滚转角测量方法包括：

S101：采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息。

S102：至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

数字散斑干涉技术是一种全场光学测量技术，能够测量工程材料的形变和应变等等，具有精度高、适用性广、光路和方法简单以及全场测量等特点。由于数字散斑干涉技术是一种形变敏感技术，它建立了相位和形变之间的关系，通常，数字散斑干涉测量技术用来测量形变以及与形变相关的量(比如应变和振动)或者无损检测(如通过检测应变集中现象来反映缺陷的位置)，但在滚转角等角度测量方面没有应用。

在大量研究和实验论证的基础上，本申请申请人发现数字散斑干涉技术同样对微小角位移敏感，基于这种发现，申请人首次提出了数字散斑干涉技术在滚转角测量方面的应用，例如，可采用数字散斑干涉法测量物面滚转前后的相位分布信息，至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。所述相位分布信息可采用但不限于相位图的方式进行表示。确定的所述物面的滚转角为物面滚转角的全局分布，即包括物面不同点的滚转角，其中，所述物面上不同点的滚转角可能相同或不同，例如，刚性物面上不同点的滚转角相同，但非刚性物面(如柔性体、弹性体等)上不同点的滚转角可能不同。

可见，不同于传统点测量(即一次测量得到物体上一个点的角位移)的滚转角测量方法，本申请基于数字散斑干涉并至少根据物面滚转前后的相位分布信息确定所述物面的滚转角，而所述相位分布信息反映的是物面全局的相位分布信息，而并非仅仅物面上某点的相位差，因此，基于本申请的方案可以检测物面内任意一点的滚转角，即本申请是一种全场测量模式，这意味着本申请提供的技术方案不但可以用于刚体的滚转角测量，同时还可以用于柔性体、弹性体以及分离部件的滚转角测量，并且该方法器件少、结构简单、测量结果直观(如可通过图像来描述滚转角的测量结果)且实时(如物体滚动过程中可以实时显示物面的滚转角测量结果)。

可选地，本申请可根据数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长、入射角信息以及所述相位分布信息，确定所述物面的滚转角，由此提高滚转角确定的精度。

下面进一步阐述下本申请基于数字散斑干涉技术进行滚转角测量的方案的理论基础和具体示例性方法。

数字散斑干涉技术可测量面内形变。所述面内形变是指在物面所在的平面内所发生的形变。例如，可采用具有双光束照明的光路结构的数字散斑干涉系统进行物面的面内形变测量，测量时可控制两束激光分别以一定的入射角入射所述物面，并经位于所述物面的滚转轴方向的图像传感器获取所述物面的散射光；根据所述物面滚转前后进入所述图像传感器的光线分别在所述图像传感器上形成的散斑的干涉信息，即可获取所述物面的相位分布信息。该方案可充分利用双光束结构对微小位移的敏感性进行滚转角特别是微小滚转角的测量。

具有双光束照明的光路结构的数字散斑干涉系统的可选结构如图2所示，从激光器(Laser)出射的光被分光棱镜BS1、BS2分成两路；分成的其中一路光(不妨称为第一路光)经过第一反射镜M1和第一扩束镜L1后入射到物面(即被测目标表面，Target)，该路光的入射角(即入射光与滚转轴Z轴的夹角)为α；分成的另一路光(不妨称为第二路光)经过第二反射镜M2和第二扩束镜L2后照射到该物面，第二反射镜M2的背面设置有压电陶瓷管(PZT)，通过控制压电陶瓷管的伸长量，以在第二光路中引入多次附加光程(每一次附加光程的具体值取决于所采用的相移算法，可以是四分之一光波长或其它值)，该路光的入射角为β。入射角α和β都位于xoz平面或yoz平面，其中，z轴即物面的滚转轴，x轴和y轴为物面上相互垂直的两轴，x轴、y轴和z轴构成了xyz直角坐标系。分光棱镜BS2的一侧设置有挡光层(Block)，用于阻挡分光棱镜BS1、BS2的透射光作为杂散光进入光路系统。

可根据实际应用需要选用对称或非对称照明的光路结构进行滚转角测量。为了简化计算过程，可采用对称照明的光路结构，即入射到物面的两束激光相对滚转轴对称分布，两束对称的激光各自入射物面的入射角α和β大小相等。入射到物面的光束经过物面漫反射后进入相机，在相机图像传感器的表面形成干涉，即散斑干涉。

可选地，可将相机设置于滚转轴线(平行与z轴)上，其观察方向与z轴一致，便于观察。这种双光束照明的光路结构对面内位移敏感。当对称的入射角(也可称为照明角)α和β位于xoz平面时，可用来测量面内形变u，如下式所示：

$u(x,y)=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}sin\mathrm{\α}}\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)...\left(1\right)$

其中：所述物面的任一点在所述物面的直角坐标系上的坐标为(x,y)；λ表示数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长，即激光波长；α表示入射光入射所述物面的入射角，Δφ(x,y)表示该点在滚转Δθ前后的相位分布的差。同理，当对称的入射角α和β位于yoz平面时，只需将用于测量面内形变u的上式(1)中的u(x,y)换成v(x,y)，即可测量面内形变v。其中，u和v是平面内两个正交的变形分量，一般u可定义为水平方向上的变形分量，v可定义为垂直方向上的变形分量。

当被测物面绕滚转轴(z轴)旋转Δθ角，那么物面内所有的点都产生了位移。以物面中心为原点在物面内建立极坐标，设物面中任一点的极坐标为(r,θ)，其直角坐标为(rcosθ,rsinθ)；转动后，该点的极坐标变为(r,θ+Δθ)，其直角坐标为(rcos(θ+Δθ),rsin(θ+Δθ))。该点产生的位移在x维度上的分量为：

$d_x=rcos(\mathrm{\θ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ})-rcos\mathrm{\θ}=-2rsin(\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2})sin\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2}...\left(2\right)$

在y维度上的分量为：

$d_y=rsin(\mathrm{\θ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ})-rsin\mathrm{\θ}=2rcos(\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2})cos\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2}...\left(3\right)$

可见，物面上任意一点由于滚转角位移引起的线位移是其坐标的函数，不同坐标上的线位移并不一致，即在物面滚转前后物面上的点产生了类似于面内形变一样的形变分布，因此可以用面内形变(u,v)来代替式(2)和(3)中的位移分量(d_x,d_y)，得到：

$u=-2rsin(\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2})sin\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2}...\left(4\right)$

$v=2rcos(\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2})cos\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}}{2}...\left(5\right)$

上述公式(4)和(5)建立了面内形变与滚转角Δθ之间的关系，也就是说，测得面内形变，即可以得到滚转角。

如果入射角α和β(β＝α)位于xoz平面，可通过求解面内形变u来得到滚转角Δθ。由于光路布局的对称性，入射角α和β位于yoz平面会得到同样的结果，因此，下文仅以入射角α和β位于xoz平面为例进行说明。

现对公式(4)求导，得到面内形变u沿x和y方向的偏导数分别为：

$\frac{\∂u}{\∂x}=cos\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}-1...\left(6\right)$

$\frac{\∂u}{\∂y}=-sin\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}...\left(7\right)$

公式(6)和(7)说明，由于滚转角所导致的物面的面内形变u沿x方向和y方向的梯度都是滚转角的函数。分别对公式(6)和(7)进行泰勒展开后得到：

$\frac{\∂u}{\∂x}=-\frac{{\left(\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right)}^2}{2!}+\frac{{\left(\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right)}^4}{4!}-\frac{{\left(\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right)}^6}{6!}+......\left(8\right)$

$\frac{\∂u}{\∂y}=-\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}+\frac{{\left(\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right)}^3}{3!}-\frac{{\left(\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right)}^5}{5!}...\left(9\right)$

公式(8)和(9)说明，由于滚转角所导致的物面的面内形变u沿x方向的梯度是滚转角的偶数次谐波的累加，最低阶次为二阶；而滚转角所导致的物面的面内形变u沿y方向的梯度是滚转角的奇数次谐波的累加，最低阶次为一阶。对应小滚转角，要远大于即

$\frac{\∂u}{\∂x}\≈0...\left(10\right)$

$\frac{\∂u}{\∂y}\≈-\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}...\left(11\right)$

由公式(10)和(11)可见，滚转角所导致的面内形变u在全局的分布是坐标y的线性函数，随y的增大而变小；而沿x轴的分布则保持不变，沿x轴的分量为0。以上的结论与实验结果一致。在实验中，使照明角位于xoz平面，测量由于滚转导致的面内形变u，得到未解包裹的相位图如图3所示，从图3可以看出：沿x轴的相位分布基本相同，说明面内位移u相同，所以u沿x方向的导数为0，证明了公式(10)的正确性；沿y方向的相位有变化，说明u沿y方向的导数是一个变量，公式(11)说明了这个变量是滚转角，因此建立了滚转角和变形导数(也叫做变形梯度)之间的关系。需要说明的是，本申请可实现对任意大小的滚转角的测量。由于采用公式(11)进行滚转角测量时，小滚转角的测量误差相对于大滚转角的测量误差小，因此，为了减小测量误差，在实际应用过程中，可采用分步测量的方法，即将大角度的滚转角分成若干个小角度的滚转角进行分别测量，由此提高滚转角的测量精度，大量实践表明，采用本申请的技术方案可实现毫秒级别的测量精度。总得来说，本申请提供的各种方法和公式可以用来确定任意大小的滚转角，但对于角度越小的滚转角的测量误差相对越小，因此，可根据数据推导不同程度的近似处理，进一步得到优选的滚转角测量方法。例如，基于以上的理论分析和实验验证，结合公式(1)和(11)，可以得到滚转角的另一测量公式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}...\left(12a\right)$

对于两束激光对称入射的情形，则：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}sin\mathrm{\α}}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}...\left(12b\right)$

其中，所述物面的任一点在所述物面的直角坐标系上的坐标为(x,y)，所述直角坐标系中X轴和Y轴分别与所述物面的滚转轴垂直，Δθ表示所述物面上点(x,y)的滚转角，λ表示数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长，α和β分别表示两束激光各自入射所述物面的入射角(在两束激光对称入射的情形下，这两束激光各自入射所述物面的入射角α和β大小相等)，Δφ(x,y)表示该点(x,y)在滚转Δθ前后的相位分布的差。如果物面为刚体物面，则物面上各点的滚转角相同，也就是说，物面上某一点的滚转角可代表该物面各点的滚转角或者说代表该物面的滚转角。而如果物面为非刚体物面(如柔性物面等)，则物面上各点的滚转角不尽相同，可通过上述方法分别确定物面上各点的滚转角，由此得到柔性物面上各点滚转角的全局分布。实际应用中，为了减少误差，可使公式(12a)和公式(12b)中变量y取较大的值，例如，为了误差最小化，可设y取最大值，即y＝y_max，此时x＝0，那么式(12a)和公式(12b)分别变为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(0,y_{max})}{y_{max}}...\left(13a\right)$

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}sin\mathrm{\α}}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(0,y_{max})}{y_{max}}...\left(13b\right)$

其中，(0,y_max)为所述物面中Y轴坐标值最大的点，也就是说，采用公式(13a)或公式(13b)计算得到的滚转角相当于物面边缘的点的滚转角。如果物面为刚体物面，则采用公式(13a)或公式(13b)测量而得的滚转角作为刚体物面各点的滚转角，则测量误差小、精度高。

可选地，可结合公式(1)和(7)，得到滚转角更加精确的公式为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-arcsin\[\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}\]...\left(14a\right)$

对于两束激光对称入射的情形，则：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-arcsin\[\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}sin\mathrm{\α}}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}\]...\left(14b\right)$

其中，所述物面的任一点在所述物面的直角坐标系上的坐标为(x,y)，所述直角坐标系中X轴和Y轴分别与所述物面的滚转轴垂直，Δθ表示所述物面上点(x,y)的滚转角，λ表示数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长，α和β分别表示两束激光各自入射所述物面的入射角，Δφ(x,y)表示该点在滚转Δθ前后的相位分布的差。采用公式(14a)或者公式(14b)测量滚转角，不会因为滚转角角度大或者小而额外引入误差，也就是说，该方法无论对于大角度滚转角的测量还是对于小角度滚转角的测量，均可以得到精确的测量结果。实际应用中，为了减少误差，可使公式(14a)或者公式(14b)中变量y取较大的值，例如，为了误差最小化，可设y取最大值，即y＝y_max，此时x＝0，那么式(14a)或者公式(14b)分别变为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-arcsin\[\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(0,y_{max})}{y_{max}}\]...\left(15a\right)$

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-arcsin\[\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}sin\mathrm{\α}}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(0,y_{max})}{y_{max}}\]...\left(15b\right)$

其中，(0,y_max)为所述物面中Y轴坐标值最大的点，也就是说，采用公式(15a)或公式(15b)计算得到的滚转角相当于物面边缘的点的滚转角。如果物面为刚体物面，则采用公式(15a)或公式(15b)测量而得的滚转角作为刚体物面各点的滚转角，则测量误差小、精度高。

本领域技术人员可以理解，在本申请具体实施方式的上述任一方法中，各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各步骤的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请具体实施方式的实施过程构成任何限定。

图4为本申请实施例提供的一种滚转角测量装置的逻辑框图。如图4所示，本申请实施例提供的一种滚转角测量装置包括：一数字散斑干涉测量模块41和一滚转角确定模块42。

数字散斑干涉测量模块41用于采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息。

滚转角确定模块42用于至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

本申请实施例提供的滚转角测量装置可用于实施上述任一滚转角测量方法(对于各种进一步的优选实施方式，在滚转角测量装置的实施例中不进行赘述，具体可参见滚转角测量方法实施例的记载)，来确定所检测的物面的滚转角，方案适用范围广泛，所需的测量器件少、结构简单、测量结果直观且实时。

图5为本申请实施例提供的一种滚转角测量系统的逻辑框图。如图5所示，本申请实施例提供的滚转角测量系统包括：一数字散斑干涉测量子系统501、一处理器502和一存储器503；所述处理器502分别与所述数字散斑干涉测量子系统和所述存储器503连接，可选地，所述处理器502可总线和通信接口与数字散斑干涉测量子系统501通信连接，所述处理器502和所述存储器503可经总线通信连接。

所述处理器502用于执行程序，具体可以执行上述任一声道配置方法实施例中的相关步骤；例如，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。所述存储器503用于存放至少一指令，存放的所述指令使所述处理器执行以下操作：控制所述数字散斑干涉测量子系统测量物面滚转所引起的相位分布信息；至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

处理器502可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

存储器503可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(Non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

处理器所执行的程序中各步骤的具体实现可以参见上述实施例中的相应步骤、模块、子模块、单元中对应的描述，在此不再赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程描述，在此不再赘述。

在本申请上述各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。有关装置、设备或系统实施例的实施原理或过程的相关描述，可参见相应方法实施例的记载，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请的装置、方法、系统等实施例中，显然，各部件(系统、子系统、模块、子模块、单元、子单元等)或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。同时，在上面对本申请具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本申请，而并非对本申请的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本申请的范畴，本申请的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种滚转角测量方法，其特征在于，包括：

采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息；

至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角，包括：

根据数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长、入射角信息以及所述相位分布信息，确定所述物面的滚转角。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述采用数字散斑干涉法测量物面滚转前后的相位分布信息，包括：

控制来源于同一激光器的两束激光分别以一定的入射角入射所述物面，并经位于所述物面的滚转轴方向的图像传感器获取所述物面的漫反射光；

根据所述物面滚转前后进入所述图像传感器的光线分别在所述图像传感器上形成的散斑的干涉信息，获取所述物面的相位分布信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两束激光相对所述滚转轴对称分布或不对称分布。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用下式确定所述物面的任一点的滚转角：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}$

其中，所述物面的任一点在所述物面的直角坐标系上的坐标为(x,y)，所述直角坐标系中X轴和Y轴分别与所述物面的滚转轴垂直，Δθ表示该点的滚转角，λ表示数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长，α和β分别表示两束激光各自入射所述物面的入射角，Δφ(x,y)表示该点在滚转Δθ引起的相位变化。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用下式确定所述物面的任一点的滚转角：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(0,y_{max})}{y_{max}}$

其中，(0,y_max)为所述物面中Y轴坐标值最大的点。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用下式确定所述物面的任一点的滚转角：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}=-arcsin\[\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{\π}(sin\mathrm{\α}+sin\mathrm{\β})}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ}(x,y)}{y}\]$

其中，所述物面的任一点在所述物面的直角坐标系上的坐标为(x,y)，所述直角坐标系中X轴和Y轴分别与所述物面的滚转轴垂直，Δθ表示该点的滚转角，λ表示数字散斑干涉法测量所采用的入射光的波长，α和β分别表示两束激光各自入射所述物面的入射角，Δφ(x,y)表示该点在滚转Δθ后的相位。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，采用下式确定所述物面的任一点的滚转角：

其中，(0,y_max)为所述物面中Y轴坐标值最大的点。

9.一种滚转角测量装置，其特征在于，包括：

一数字散斑干涉测量模块，用于采用数字散斑干涉法测量物面滚转所引起的相位分布信息；

一滚转角确定模块，用于至少根据所述相位分布信息确定所述物面的滚转角。

10.一种滚转角测量系统，其特征在于，包括：

一数字散斑干涉测量子系统、一处理器和一存储器，所述处理器分别与所述数字散斑干涉测量子系统和所述存储器连接；

所述存储器用于存放至少一指令；所述指令使所述处理器执行如权利要求1-8任一所述的滚转角测量方法所对应的操作。