CN114061413A - 一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，该方法主要是通过探针走过轨迹弧与方孔径球面复眼透镜间几何关系的二维投影图求出轨迹弧到主光轴处的距离d，通过单个轨迹弧的处理求出其半径值r及球心到基面的距离H，结合探针轨迹弧与方孔径球面复眼透镜之间的三维几何关系还原出单个复眼透镜的曲率半径R、矢高f完成对方孔径球面复眼透镜的检测。此检测方法相比非接触式光学检测法在保证检测精度的同时极大提高了检测效率。

Description

一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法
技术领域
本发明涉及精密检测技术领域，具体是指一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法。
背景技术
方孔径复眼透镜的填充率高，在国防、医学、工业领域的应用越来越高，对于复眼透镜结构的检测目前常用的检测方法主要有干涉仪法、自准直法、差动共焦法等非接触式检测法其检测效率较低，难以满足大面阵复眼透镜的检测需求。复眼透镜结构参数的精确、高效检测对其日益增加的使用需求有着重要的意义，本文提出了一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜的检测方法，其探针需对准面阵方孔径复眼透镜上的特殊点并走过所要检测的复眼透镜，结合探针走过轨迹与方孔径复眼透镜间的几何关系求出轨迹弧到主光轴的距离d、球心到基面的距离H，以此为基础还原出复眼透镜主光轴处的矢高f以及以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R。求球心到基面的距离H时需要以前一个复眼透镜上轨迹弧的端点为基础，此检测方法在保证检精度的前提下而大大提高了面阵方孔径球面复眼透镜的检测效率。
发明内容
针对面阵复眼透镜的检测问题，本发明提出了一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜离轴检测法，其可以在保证检测精度的同时极大的提高检测效率。本检测法主要是基于面阵方孔径球面复眼透镜的特征及轨迹弧与面阵方孔径复眼透镜之间的几何关系进行分析，通过算法补偿还原出主光轴处的矢高f、曲率半径R。从而为大面阵方形孔径球面复眼透镜的检测提供了技术支持。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法包括以下步骤：
步骤一：方孔径球面复眼透镜的放置及触针的调整；
步骤二：设置探针的量程及速度；
步骤三：采集、处理探针的轨迹信息处理探针的轨迹信息，通过算法处理采集到的探针轨迹信息拟合出轨迹弧；
步骤四：轨迹弧的处理，对轨迹弧进行算法处理拟合出圆，并求出其半径值r及轨迹弧圆心到基面的距离H；
步骤五：参数计算，通过探针走过轨迹弧及单个复眼透镜结构之间的几何关系，求出轨迹弧到复眼透镜主光轴处的距离d，结合步骤三求出的轨迹弧所在圆的半径值r、轨迹弧圆心到基面的距离H，可以还原出以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R及矢高f。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤一方孔径球面复眼透镜的放置及探针的调整过程中方孔径球面复眼透镜的放置、探针调整相互结合，使得探针对准面阵方孔径球面复眼透镜上的特殊点。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤二设置探针的量程及速度中针对探针量程设置应依据需要检测方孔径球面复眼透镜的个数设置探针量程，使其可以完整检测预定所需检测的复眼透镜个数。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤三采集、处理探针的轨迹信息中针对探针轨迹信息的处理需要通过算法对轨迹信息进行拟合得到触针在面阵复眼透镜上走过的轨迹弧。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤四轨迹弧的处理是通过算法截取每个复眼透镜对应的轨迹弧段并拟合出圆，求出其半径值r。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤四轨迹弧的处理是通过算法处理单个轨迹弧使其旋转轨迹弧两端点连线的倾角，得到两端点在同一水平面上的轨迹弧，结合旋转前后轨迹弧间的几何关系及半径值r求出复眼透镜球心到基面的距离H。
进一步的为了更好的实现本发明，所述步骤五参数计算是通过轨迹弧与复眼透镜之间几何关系的二维xy平面投影图求出轨迹弧到主光轴的距离d，结合轨迹弧半径值r求出以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R，结合复眼透镜透镜球心到基面的距离H求出单个复眼透镜矢高f。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜高效的检测方法，通过分析轨迹弧与面阵方孔径球面复眼的几何关系，结合算法计算可有效的检测出复眼透镜主光轴处的矢高f以及以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R，此检测方法在保证检测精度的同时大大提高了检测的效率，为面阵方孔径球面复眼透镜的检测提供了新的检测方法。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是探针在面阵复眼透镜上走过轨迹弧示意图。
图3是三维空间坐标系示意图。
图4是探针在单个复眼透镜上轨迹弧旋转前后示意图。
图5是探针走过轨迹弧与复眼透镜几何关系xy平面投影图。
图6是单个复眼透镜结构参数示意图。
图7是轨迹弧与单个复眼透镜间几何关系三维示意图。
图8是单个复眼透镜上轨迹弧与复眼透镜间几何关系俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，本发明的基本思想是利用基于探针接触式离轴法完成对面阵方孔径球面复眼透镜的检测，其接触式离轴法主要是通过探针走过轨迹弧与复眼透镜的几何关系以及对轨迹弧的拟合变换还原出复眼透镜主光轴处的矢高f以及以复眼透镜面为球面的球的曲率半径R，从而完成对面阵方孔径球面复眼透镜的检测。
一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，该方法包括：
步骤一：方孔径球面复眼透镜的放置及探针的调整，依据探针的位置轻放面阵复眼透镜于可进行水平度调整的载物台上，调整探针与面阵复眼透镜之间的相对位置关系使得探针对准复眼透镜上的特殊点且可以完整检测某行预计复眼透镜的个数。
步骤二：设置探针的量程及速度，在完成步骤一后需要在计算机上设置探针的量程及速度，针对探针量程的设置要大于预计检测复眼透镜轨迹弧xy平面投影直线长度，针对探针速度的设置不应太快以保证其走过轨迹弧可以精确反映面阵复眼透镜的特征，确保检测精度。
步骤三：采集、处理探针的轨迹信息，通过计算机软件采集探针的轨迹信息并用算法对轨迹信息进行处理，从而拟合出探针在面阵方孔球面复眼透镜上走过的轨迹弧特征。
步骤四：轨迹弧的处理，针对探针在单个复眼透镜上走过轨迹弧的两端点并不在同一水平面上，此时需要通过算法对轨迹弧进行旋转变换，使得单个轨迹弧的两端点在同一水平面上，在进行轨迹弧旋转变化时其旋转方法为：以低端点为旋转点向高端点方向旋转使得高端点与低端点在同一水平面上。
完成单个轨迹弧的旋转变化后运用最小二乘法对轨迹进行圆的拟合，并求出其半径值r。
结合图4探针在单个复眼透镜上轨迹弧旋转前后示意图，通过算法处理求出探针在单个面阵复眼透镜上的跨度值L(L＝AC＝AB)。
结合图4探针在单个复眼透镜上轨迹弧旋转前后示意图及探针在A、B两点坐标值(x1,z1)、(x2,z2)可以求出两端点连线的正切值tanα
Figure BDA0003349030650000031
结合图4探针在单个复眼透镜上轨迹弧旋转前后示意图可以得出∠BAC＝∠OAO1＝α；
设∠DAO＝θ，则可由下式求出θ
Figure BDA0003349030650000032
单个复眼透镜上θ的求取方法同上所述。
球心O1到基面AC的距离即H可由下式求出
H＝r·sin(θ-α)；
设轨迹弧的端点坐标为(x1,z1)、(x2,z2)…(xn-1,zn-1)(xn,zn)则On到基面AnCn的距离Hn可由下式求出
Hn＝rn·sin(θn-αn)+zn-1；
当轨迹弧通过主光轴后用同样几何关系求出Hi(i＝n,n+1…)。
步骤五：参数计算，在计算轨迹弧到主光轴处的距离d时需要结合图5即探针轨迹弧与复眼透镜几何关系xy平面投影及单个方孔径球面复眼透镜边长l。
对单个微透镜分析可得出第一微透镜中心O1到轨迹弧的距离d1可由下式求出
Figure BDA0003349030650000041
结合图5即探针轨迹弧与复眼透镜几何关系xy平面投影设∠BCF＝ω；
第二个微透镜起微透镜中心O2到轨迹弧的距离d2可由下式求出
Figure BDA0003349030650000042
第n个微透镜中心On到轨迹弧的距离dn可由下式求出
Figure BDA0003349030650000043
当轨迹弧通过主光轴后从主光轴上方用同样方法作辅助线计算微透镜中心到轨迹线的距离d。
结合上面已知参数及图7轨迹弧与单个复眼透镜间几何关系三维示意图可以求出以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R
R2＝r2+d2；
主光轴处的矢高f可由下式求出
f＝R-H；
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：方孔径球面复眼透镜的放置及探针的调整；
步骤二：设置探针的量程及速度；
步骤三：采集、处理探针的轨迹信息，通过算法处理采集到的探针轨迹信息拟合出轨迹弧；
步骤四：轨迹弧的处理，对轨迹弧进行算法处理拟合出圆，并求出其半径值r及轨迹弧圆心到基面的距离H；
步骤五：参数计算，通过探针走过轨迹弧及单个复眼透镜结构之间的几何关系，求出轨迹弧到复眼透镜主光轴处的距离d，结合步骤三求出的轨迹弧所在圆的半径值r、轨迹弧圆心到基面的距离H，可以还原出以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R及矢高f。
2.根据权利要求1所述的一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，其特征在于：需要依据放置好的复眼透镜的具体位置对探针起始位置进行调整使得探针在一次对准后可以完全检测某行复眼透镜。
3.根据权利要求1所述的一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，其特征在于：在计算轨迹弧到主光轴处的距离d时需要依据轨迹弧及其所走过的复眼透镜间几何关系在二维xy平面上的投影图进行计算。
4.根据权利要求1所述的一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，其特征在于：在求球心到基面的距离H时需要对轨迹弧进行旋转变化使高端点与低端点在同一水平面上以消除计算误差。
5.根据权利要求1所述的一种基于探针接触式方孔径球面复眼透镜检测法，其特征在于：本方法是通过探针轨迹弧到主光轴的距离d、以轨迹弧拟合出圆的半径值r还原出以复眼透镜球面为球面的球的曲率半径R，矢高f。
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