CN112304223B - 一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学设备检测技术领域，具体涉及一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置及检测方法。检测装置包括：支撑部件；检测工装，设置在所述支撑部件上，上表面固定设置有一组高精度小平面，其上设置有中心轴线与所述高精度小平面垂直的高精度圆柱面和护目镜夹持部位；所述高精度圆柱面与所述检测工装固定设置；所述护目镜夹持部位用于固定所述护目镜；和白光三坐标测量机，用于以所述高精度小平面和所述高精度圆柱面建立检测基准非接触式检测所述护目镜的小球冠成像区域的曲率半径及面形。可以实现对光学护目镜小球冠成像区域曲率半径和面形的非接触式检测，用于判断光学护目镜在装配使用状态下小球冠成像区域的曲率半径和面形是否满足成像使用要求，进而保证头盔显示器的成像质量。

Description

一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置

技术领域

本发明属于光学设备检测技术领域，具体涉及一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置。

背景技术

光学护目镜是头盔显示器光学系统中重要的成像光学元件，必须保证光学护目镜成像区域在装配状态下具有合格的曲率半径和面形精度，头盔显示器才能具有良好的成像效果。由于光学护目镜为注塑成型的树脂材料，刚度低，面形偏差较大，可见光透过率较高，表面膜层易划伤，无法采用干涉仪、轮廓仪和接触式三坐标对成像区域的曲率半径和面形进行检测，必须基于护目镜的特性，选择合适的非接触式检测方法。

对小球冠特征的曲率半径和面形检测，如果采用直接检测，然后拟合获得小球冠曲率半径和面形精度的方法，会存在较大的理论误差，因而必须选择新的检测方法才能得到装配状态下护目镜小球冠成像区域准确的曲率半径和面形精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光学护目镜小球冠成像区域曲率半径及面形检测装置，可以实现对光学护目镜小球冠成像区域曲率半径和面形的非接触式检测，用于判断光学护目镜在装配使用状态下小球冠成像区域的曲率半径和面形是否满足成像使用要求，进而保证头盔显示器的成像质量。

一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置，用于检测所述光学护目镜小球冠成像区域的曲率半径及面形，包括

支撑部件；

检测工装，设置在所述支撑部件上，上表面固定设置有一组高精度小平面，其上设置有中心轴线与所述高精度小平面垂直的高精度圆柱面和护目镜夹持部位；所述高精度圆柱面与所述检测工装固定设置；所述护目镜夹持部位用于固定所述护目镜；

白光三坐标测量机，用于以所述高精度小平面和所述高精度圆柱面建立检测基准非接触式检测所述护目镜的小球冠成像区域的曲率半径及面形。

进一步的，所述支撑部件包括四个支撑杆，用于在四个所述支撑杆之间形成所述光学护目镜的安装区域。

进一步的，所述检测工装的上表面为矩形，所述高精度小平面为四个，设置在所述检测工装的上表面的四角。

进一步的，所述高精度圆柱面为所述检测工装的空腔。

进一步的，所述护目镜夹持部位包括三个夹持螺栓以及三个螺栓孔，所述螺栓孔均设置在所述检测工装上。

进一步的，本发明检测装置检测光学护目镜小球冠成像区域的步骤如下：

1）将光学护目镜通过所述夹持部位安装到所述检测工装上；

2）使用所述白光三坐标测量机对所述高精度小平面和所述高精度圆柱面进行非接触式特征检测，建立基准坐标系，得到小球冠成像区域的理论球心坐标；

3）利用白光三坐标测量机对所述小球冠成像区域进行非接触式点阵扫描，获得每个扫描点基于所述基准坐标系的空间坐标值；

4）计算每个扫描点与所述理论球心的空间直线距离，求取所有所述空间直线距离的平均值，得到所述小球冠成像区域的曲率半径；

5）基于所有所述空间直线距离与所述曲率半径，计算得出所述小球冠成像区域的面型均方根值。

进一步的，所述面型均方根植根据下述公式得出：

其中：

RMS：小球冠成像区域的面型的均方根值；

LX：每个扫描点与所述理论球心的空间直线距离(X取1,2,3…N)；

N：扫描点的数量；

R0：小球冠成像区域的曲率半径。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

在本实施例中，通过检测装置的装配关系可以准确获得被检测小球冠成像区域的理论球心坐标。检测工装具有能够建立准确基准坐标系的类似于高精度小平面和高精度圆柱面的高精度结构特征。两个高精度参考面确保了三坐标测量机可以以建立一个精确的空间坐标。

在本实施例中，高精度小平面和高精度圆柱面均单独加工，可以在满足建立基准坐标系所需条件的同时，尽可能减少高精度参考面的加工难度，达到降低加工成本的目的。

当被检光学护目镜的小球冠成像区域较小时，采用现有技术中直接测量小球冠拟合大曲率半径和面形的方法会出现较大的理论误差，因此在本发明中，采用本发明所提供的装置及检测方法，应用在此类光学护目镜的检测上可以保证准确度更高。

本发明使用了具有白光共聚焦功能测头的三坐标测量机对光学护目镜进行非接触式检测，避免检测过程中的接触力导致光学护目镜发生变形，避免了检测结果失真的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明具体实施方式中一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置检测过程视图；

图2为本发明具体实施方式中小球冠区域对应的圆弧球心角示意图；

其中：1-白光三坐标测量机，2-高精度小平面，3-护目镜夹持部位，4-光学护目镜，5-小球冠成像区域，6-检测工装，7-高精度圆柱面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1或图2所示，本文中小球冠的量化指标为小球冠表面积与球体表面积之比≤0.067，或者如附图2所示，通过球心与小球冠最凸点的截面圆中，小球冠区域对应的圆弧球心角≤60°。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，提出一种光学护目镜4小球冠成像区域5检测装置，用于检测光学护目镜4小球冠成像区域5的曲率半径及面形，包括：

支撑部件；

检测工装6，设置在支撑部件上，上表面固定设置有一组高精度小平面2，其上设置有中心轴线与高精度小平面2垂直的高精度圆柱面7和护目镜夹持部位3；高精度圆柱面7与检测工装6固定设置；护目镜夹持部位3用于固定护目镜；

白光三坐标测量机1，用于以高精度小平面2和高精度圆柱面7建立检测基准非接触式检测护目镜的小球冠成像区域5的曲率半径及面形。

在本实施例中，白光三坐标测量机1为安装有白光共聚焦测头的三坐标测量机1。

在本实施例中，如图1所示，支撑部件包括四个支撑杆，用于在四个支撑杆之间形成光学护目镜4的安装区域。

在本实施例中，如图1所示，检测工装6的上表面为矩形，高精度小平面2为四个，设置在检测工装6的上表面的四角。

在本实施例中，如图1所示，高精度圆柱面7为检测工装6的空腔。

在本实施例中，如图1所示，护目镜夹持部位3包括三个夹持螺栓以及三个螺栓孔，螺栓孔均设置在检测工装6上。

在本实施例中，通过检测装置的装配关系可以准确获得被检测小球冠成像区域5的理论球心坐标。检测工装6具有能够建立准确基准坐标系的类似于高精度小平面2和高精度圆柱面7的高精度结构特征。两个高精度参考面确保了三坐标测量机1可以以建立一个精确的空间坐标。

在本实施例中，高精度小平面2和高精度圆柱面7均单独加工，可以在满足建立基准坐标系所需条件的同时，尽可能减少高精度参考面的加工难度，达到降低加工成本的目的。

在一个实施例中，本发明还提出上述检测装置的检测光学护目镜4小球冠成像区域5的检测步骤：

1）将光学护目镜4通过夹持部位安装到检测工装6上；

2）使用白光三坐标测量机1对高精度小平面2和高精度圆柱面7进行非接触式特征检测，建立基准坐标系，得到小球冠成像区域5的理论球心坐标；

3）利用白光三坐标测量机1对小球冠成像区域5进行非接触式点阵扫描，获得每个扫描点基于基准坐标系的空间坐标值；

4）计算每个扫描点与理论球心的空间直线距离，求取所有空间直线距离的平均值，得到小球冠成像区域5的曲率半径；

5）基于所有空间直线距离与曲率半径，计算得出小球冠成像区域5的面型均方根值。

进一步的，面型均方根植根据下述公式得出：

其中：

RMS：小球冠成像区域5的面型的均方根值；

LX：每个扫描点与理论球心的空间直线距离(X取1,2,3…N)；

N：扫描点的数量；

R0：小球冠成像区域5的曲率半径。

当被检光学护目镜4的小球冠成像区域5较小时，采用现有技术中直接测量小球冠拟合大曲率半径和面形的方法会出现较大的理论误差，因此在本实施例中，采用本发明所提供的装置及检测方法，应用在此类光学护目镜的检测上可以保证准确度更高。

本实施例使用了具有白光共聚焦功能测头的三坐标测量机1对光学护目镜4进行非接触式检测，避免检测过程中的接触力导致光学护目镜4发生变形，避免了检测结果失真的风险。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种光学护目镜小球冠成像区域检测装置，用于检测所述光学护目镜小球冠成像区域的曲率半径及面形，其特征在于，包括：

支撑部件；

检测工装，设置在所述支撑部件上，上表面固定设置有一组高精度小平面，其上设置有中心轴线与所述高精度小平面垂直的高精度圆柱面和护目镜夹持部位；所述高精度圆柱面与所述检测工装固定设置；所述护目镜夹持部位用于固定所述护目镜；

白光三坐标测量机，用于以所述高精度小平面和所述高精度圆柱面建立检测基准非接触式检测所述护目镜的小球冠成像区域的曲率半径及面形；

其中，所述护目镜与检测装置的装配关系用于准确获得被检测小球冠成像区域的理论球心坐标；

白光三坐标测量机对所述小球冠成像区域进行非接触式点阵扫描，获得每个扫描点基于基准坐标系的空间坐标值；

其中，所述检测装置检测所述光学护目镜小球冠成像区域的检测步骤如下：

1）将光学护目镜通过所述夹持部位安装到所述检测工装上；

2）使用所述白光三坐标测量机对所述高精度小平面和所述高精度圆柱面进行非接触式特征检测，建立基准坐标系，得到小球冠成像区域的理论球心坐标；

3）利用白光三坐标测量机对所述小球冠成像区域进行非接触式点阵扫描，获得每个扫描点基于所述基准坐标系的空间坐标值；

4）计算每个扫描点与所述理论球心的空间直线距离，求取所有所述空间直线距离的平均值，得到所述小球冠成像区域的曲率半径；

5）基于所有所述空间直线距离与所述曲率半径，计算得出所述小球冠成像区域的面型均方根值。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述支撑部件包括四个支撑杆，用于在四个所述支撑杆之间形成所述光学护目镜的安装区域。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述检测工装的上表面为矩形，所述高精度小平面为四个，设置在所述检测工装的上表面的四角。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述高精度圆柱面为所述检测工装的空腔。

5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述护目镜夹持部位包括三个夹持螺栓以及三个螺栓孔，所述螺栓孔均设置在所述检测工装上。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于：所述面型均方根植根据下述公式得出：

其中：

RMS：小球冠成像区域的面型的均方根值；

LX：每个扫描点与所述理论球心的空间直线距离，X取1,2,3…N；

N：扫描点的数量；

R0：小球冠成像区域的曲率半径。

Images