專利名稱：基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密檢測(cè)的技術(shù)，特別是涉及一種基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè) 量方法的技術(shù)。
背景技術(shù)：
光束三角位移測(cè)量方法因?yàn)槠浞墙佑|、適用范圍廣，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有 光束三角位移測(cè)量方法在測(cè)量時(shí)，都假定被測(cè)物體的物面與光束照射方向及接收透鏡軸線 所在平面成固定角度，但是當(dāng)被測(cè)物體的物面中存在傾斜于假定物面的傾斜物面時(shí)，傾斜 物面所反射的光線會(huì)偏離預(yù)想方向。根據(jù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傾斜物面會(huì)使光斑像信號(hào)產(chǎn)生不對(duì)稱分布變化和光斑寬 度變化，從而引起光斑像在光接收器件上的定位偏移，使得測(cè)得的位移結(jié)果產(chǎn)生誤差。如圖 4、圖5所示，圖4中的I1軸為光強(qiáng)幅值軸線，H1軸為位置軸線，曲線41為理論上的光斑像 信號(hào)的光強(qiáng)變化曲線，曲線42為實(shí)測(cè)光斑像信號(hào)的光強(qiáng)變化曲線，從該圖可以看出實(shí)測(cè)光 斑像信號(hào)產(chǎn)生了明顯的不對(duì)稱分布變化；圖5為被測(cè)物面傾斜引起光斑像信號(hào)產(chǎn)生寬度分 布變化的示意圖，該圖中的I2軸為光強(qiáng)幅值軸線，H2軸為位置軸線，曲線51為理論上的光 斑像信號(hào)的光強(qiáng)變化曲線，曲線52為實(shí)測(cè)光斑像信號(hào)的光強(qiáng)變化曲線，從該圖可以看出實(shí) 測(cè)光斑像信號(hào)產(chǎn)生了明顯的寬度分布變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在相同位移狀況下，傾斜物面相對(duì)于被假定物面的傾斜度不同，測(cè) 得的位移結(jié)果也是不一致的，顯然在測(cè)量過(guò)程中傾斜的存在會(huì)產(chǎn)生誤差，特別是物面在不 同傾斜角度交錯(cuò)檢測(cè)的時(shí)候，誤差更加明顯；實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，圖3中的311、321、331、 341為發(fā)射檢測(cè)光束的光源，312、322、332、342為四種具有傾斜物面的被測(cè)物體；圖3中的 圖3a為被測(cè)物體的物面與光束照射方向及接收透鏡軸線所在平面成固定角度的情況，圖 3b、圖3c、圖3d為被測(cè)物體的物面中存在傾斜于假定物面的傾斜物面的幾種典型情況，傾 斜物面相對(duì)于假定物面的傾斜方向分為兩種，分別為圖3b所示的情況和圖3c所示的情況， 圖3d所示的情況為圖3b與圖3c兩種情況的結(jié)合；圖3a’、圖3b’、圖3c’、圖3d’分別為圖 3a、圖3b、圖3c、圖3d四種情況的測(cè)量結(jié)果，其中在圖3a，、圖3b，、圖3c，、圖3d，中的實(shí)線 為測(cè)量測(cè)量結(jié)果，虛線為被測(cè)物體的實(shí)際尺寸；如圖3a’所示，在圖3a所示的被測(cè)物體的物 面與檢測(cè)光束照射方向及接收透鏡軸線所在平面成固定角度的情況下測(cè)量誤差相對(duì)較小， 而圖3b、圖3c、圖3d所示的三種被測(cè)物體的物面中存在傾斜于假定物面的傾斜物面的情況 下測(cè)量誤相對(duì)較大；由此可見(jiàn)，現(xiàn)有光束三角位移測(cè)量方法的測(cè)量結(jié)果很容易受被測(cè)物體表面傾斜度 的干擾，因此其檢測(cè)精度不高。目前還沒(méi)有有效的方法消除物面傾斜產(chǎn)生的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能提高 測(cè)量精度的基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè) 量方法，包括由光發(fā)射器件、光學(xué)鏡組和光接收器件組成的基于光束三角的位移測(cè)量裝置， 其特征在于，具體步驟如下A)用光發(fā)射器件向平面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將平面反射的光束聚焦成光斑像， 并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為基準(zhǔn)光斑像；B)用光發(fā)射器件向被測(cè)物體表面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將被測(cè)物體表面反射的光 束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為測(cè)量光斑像；C)將測(cè)量光斑像與基準(zhǔn)光斑像進(jìn)行比較，計(jì)算出被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)；D)根據(jù)測(cè)量光斑像在光接收器件上的位置，計(jì)算出被測(cè)物體的位移信息；E)根據(jù)步驟C計(jì)算出的被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)，對(duì)步驟D計(jì)算出的被測(cè)物 體的位移信息進(jìn)行補(bǔ)償，得出被測(cè)物體的最終位移測(cè)量結(jié)果。進(jìn)一步的，所述步驟C中計(jì)算被測(cè)物體位移誤差曲線函數(shù)的步驟如下1)設(shè)定一個(gè)二維坐標(biāo)軸，該二維坐標(biāo)軸的縱軸為光強(qiáng)幅值軸線，橫軸為位置軸 線.
一入 ，2)在步驟1所設(shè)定的二維坐標(biāo)軸上，得出基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化 的光強(qiáng)變化曲線，及測(cè)量光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化的光強(qiáng)變化曲線；3)得出測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)和不對(duì)稱程度誤差曲線函數(shù)分別為f (dw) = W2-W1 ；f (dp) = P2-P1 ；式中:w2= Iff23-W211，P2 = I (W21-W22)/(W23-W21) I ；式中=W1= Iff13-W111，P1 = ι (W11-W12)Z(W13-W11) ι ；其中，f(dw)為測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)，f(dp)為測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程 度誤差曲線函數(shù)；其中，W2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的寬度，W1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像 的寬度，P2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程度，P1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像 的不對(duì)稱程度，W為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的一個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)幅值；其中，W21為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W22和W23為測(cè) 量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；其中，W11為基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W12和W13為基 準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；4)得出測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)為f(dx) = f(dw)+f(dp)；其中，f(dx)為測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)。進(jìn)一步的，測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)簡(jiǎn)化為f(dx) =A1 · f(dp)+B1 ；其中，A1和B1均為常數(shù)。本發(fā)明提供的基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法，先通過(guò)將測(cè)量光斑像與 基準(zhǔn)光斑像進(jìn)行比較，計(jì)算出被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)，再根據(jù)被測(cè)物體的位移誤差 曲線函數(shù)，對(duì)測(cè)量到的被測(cè)物體的位移信息進(jìn)行補(bǔ)償，最終得出被測(cè)物體的位移測(cè)量結(jié)果，
4因此能夠?qū)Ρ粶y(cè)物體表面的各種物面傾斜所引起的測(cè)量誤差進(jìn)行自適應(yīng)的誤差補(bǔ)償，能提 高測(cè)量精度。


圖1是現(xiàn)有基于光束三角的位移測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法中，計(jì)算基準(zhǔn)光 斑像的寬度和不對(duì)稱程度的示意圖；圖3是被測(cè)物體的物面傾斜引起測(cè)量誤差的示意圖；圖4是被測(cè)物面傾斜引起光斑像信號(hào)產(chǎn)生不對(duì)稱分布變化的示意圖；圖5是被測(cè)物面傾斜引起光斑像信號(hào)產(chǎn)生寬度分布變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1-圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè) 量方法，包括由光發(fā)射器件、光學(xué)鏡組和光接收器件組成的基于光束三角的位移測(cè)量裝置， 其特征在于，具體步驟如下A)用光發(fā)射器件向平面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將平面反射的光束聚焦成光斑像， 并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為基準(zhǔn)光斑像；B)用光發(fā)射器件向被測(cè)物體表面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將被測(cè)物體表面反射的光 束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為測(cè)量光斑像；C)將測(cè)量光斑像與基準(zhǔn)光斑像進(jìn)行比較，計(jì)算出被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)；D)根據(jù)測(cè)量光斑像在光接收器件上的位置，計(jì)算出被測(cè)物體的位移信息；E)根據(jù)步驟C計(jì)算出的被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)，對(duì)步驟D計(jì)算出的被測(cè)物 體的位移信息進(jìn)行補(bǔ)償，得出被測(cè)物體的最終位移測(cè)量結(jié)果。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中，所述步驟C中計(jì)算被測(cè)物體位移誤差曲線函數(shù)的步 驟如下1)設(shè)定一個(gè)二維坐標(biāo)軸，該二維坐標(biāo)軸的縱軸(I軸)為光強(qiáng)幅值軸線，橫軸(H 軸)為位置軸線；2)在步驟1所設(shè)定的二維坐標(biāo)軸上，得出基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化 的光強(qiáng)變化曲線，及測(cè)量光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化的光強(qiáng)變化曲線；3)得出測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)和不對(duì)稱程度誤差曲線函數(shù)分別為f (dw) = W2-W1 ；f (dp) = P2-P1 ；式中:w2= Iff23-W211，P2 = I (W21-W22)/(W23-W21) I ；式中=W1= Iff13-W111，P1 = I (Wn-W12V(W13-W11) ι ；其中，f(dw)為測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)，f(dp)為測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程 度誤差曲線函數(shù)；其中，W2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的寬度，W1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像的寬度，P2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程度，P1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像 的不對(duì)稱程度，W為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的一個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)幅值；其中，W21為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W22和W23為測(cè) 量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；其中，W11為基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W12和W13為基 準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；4)得出測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)為f(dx) = f(dw)+f(dp)；其中，f(dx)為測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)。本發(fā)明實(shí)施例中，為了獲得更快的運(yùn)算速度，測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)可 簡(jiǎn)化為f(dx) = A1 ‘ f(dp)+B1 ；其中，A1和B1均為常數(shù)。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中，由光發(fā)射器件10、光學(xué)鏡組13和光接收器件14組 成的基于光束三角的位移測(cè)量裝置為現(xiàn)有技術(shù)，該裝置測(cè)量被測(cè)物體的基本原理是光發(fā) 射器件10通過(guò)一透鏡11發(fā)出一條檢測(cè)光束，照射到被測(cè)物體12表面形成光斑，該光斑通 過(guò)光學(xué)鏡組13在光接收器件14上成像，由于光斑像在光接收器件14上的位置是隨被測(cè)物 體的位移而變化的，因此通過(guò)識(shí)別光斑像在光接收器件14上的位置，即可得到被測(cè)物體的 位移。
權(quán)利要求
一種基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法，包括由光發(fā)射器件、光學(xué)鏡組和光接收器件組成的基于光束三角的位移測(cè)量裝置，其特征在于，具體步驟如下A)用光發(fā)射器件向平面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將平面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為基準(zhǔn)光斑像；B)用光發(fā)射器件向被測(cè)物體表面發(fā)射光束，用光學(xué)鏡組將被測(cè)物體表面反射的光束聚焦成光斑像，并用光接收器件接收該光斑像，將其標(biāo)記為測(cè)量光斑像；C)將測(cè)量光斑像與基準(zhǔn)光斑像進(jìn)行比較，計(jì)算出被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)；D)根據(jù)測(cè)量光斑像在光接收器件上的位置，計(jì)算出被測(cè)物體的位移信息；E)根據(jù)步驟C計(jì)算出的被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)，對(duì)步驟D計(jì)算出的被測(cè)物體的位移信息進(jìn)行補(bǔ)償，得出被測(cè)物體的最終位移測(cè)量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C中計(jì)算被測(cè)物體位移誤差曲線 函數(shù)的步驟如下1)設(shè)定一個(gè)二維坐標(biāo)軸，該二維坐標(biāo)軸的縱軸為光強(qiáng)幅值軸線，橫軸為位置軸線；2)在步驟1所設(shè)定的二維坐標(biāo)軸上，得出基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化的光 強(qiáng)變化曲線，及測(cè)量光斑像的光強(qiáng)幅值沿位置軸線變化的光強(qiáng)變化曲線；3)得出測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)和不對(duì)稱程度誤差曲線函數(shù)分別為 f(dw) = W2-W1 ；f(dp) = P2-P1 ；式中w2 = Iff23-W21I, P2 = I (W21-W22)/(W23-W21) I ； 式中=W1 = Iw13-W11I，P1 = I (W11-W12)Z(W13-W11) I ；其中，f(dw)為測(cè)量光斑像的寬度誤差曲線函數(shù)，f(dp)為測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程度誤 差曲線函數(shù)；其中，W2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的寬度，W1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像的寬 度，P2是光強(qiáng)幅值為W時(shí)測(cè)量光斑像的不對(duì)稱程度，P1是光強(qiáng)幅值為W時(shí)基準(zhǔn)光斑像的不 對(duì)稱程度，W為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的一個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)幅值；其中，W21為測(cè)量光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W22和W23為測(cè)量光 斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；其中，W11為基準(zhǔn)光斑像的光強(qiáng)變化曲線上的光強(qiáng)峰值點(diǎn)的位置值，W12和W13為基準(zhǔn)光 斑像的光強(qiáng)變化曲線上的兩個(gè)光強(qiáng)幅值均為W的點(diǎn)的位置值；4)得出測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)為 f(dx) = f(dw)+f(dp)；其中，f(dx)為測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，測(cè)量光斑像的位移誤差曲線函數(shù)簡(jiǎn)化為 f(dx) = A1 · f(dp)+B1 ；其中，A1和B1均為常數(shù)。
全文摘要
一種基于光束三角的傾斜自適應(yīng)位移測(cè)量方法，涉及精密檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是提高測(cè)量精度的技術(shù)問(wèn)題。該方法先將測(cè)量光斑像與基準(zhǔn)光斑像進(jìn)行比較，計(jì)算出被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)；再根據(jù)測(cè)量光斑像在光接收器件上的位置，計(jì)算出被測(cè)物體的位移信息；然后根據(jù)被測(cè)物體的位移誤差曲線函數(shù)，對(duì)被測(cè)物體的位移信息進(jìn)行補(bǔ)償，得出被測(cè)物體的最終位移測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明提供的方法，能夠?qū)Ρ粶y(cè)物體表面的各種物面傾斜所引起的測(cè)量誤差進(jìn)行自適應(yīng)的誤差補(bǔ)償，能提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK101900529SQ201010221508
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者劉偉文, 張磊, 趙輝, 陶衛(wèi) 申請(qǐng)人:上海雷尼威爾測(cè)量技術(shù)有限公司