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基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统及其检测方法
覃瑛; 许骏
申请(专利权)人中国科学院云南天文台
专利号ZL201610272377.1
申请号CN201610272377.1
申请日期2016-04-27
公开(公告)号CN105783778A ; CN105783778B
公开日期2016-07-20
分类号G01B11/24
IPC 分类号G01B11/24
授权国家中国
专利类型发明
专利状态授权
2016-04-27
授权日期2018-04-17
产权排序1
摘要基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统及其检测方法,属于光学测量技术领域,解决了现有检测装置结构复杂的问题,包括激光测距仪、二维平移台和垂直升降台;所述二维平移台包括X轴移动装置和Y轴移动装置,所述垂直升降台安装在Y轴移动装置上,所述二维平移台与平移台控制器电连接,垂直升降台与升降台控制器电连接;所述平移台控制器、升降台控制器经调度控制器,与上位机电连接。检测光学镜面的方法是将被测镜面固定安装上述装置上,经网格扫描后得到三维坐标值,代入曲面方程中拟合得到被测镜面的三维坐标方程。本发明结构简单、制造成本低。
主权项1.基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统,其特征在于: 包括激光测距仪、二维平移台和垂直升降台; 所述激光测距仪包括激光扫描控制器,激光扫描控制器与激光感测头(10)电连接,激 光扫描控制器与监视器电连接; 所述二维平移台包括X轴移动装置和Y轴移动装置,Y轴移动装置安装在X轴移动装置 上;X轴移动装置包括X轴导轨(1),X轴导轨(1)顶部滑动安装有X轴滑块(3),X轴滑块(3)中 部的内螺纹中安装有X轴滚珠丝杠,X轴滚珠丝杠与X轴步进电机(2)联接,X轴步进电机(2) 固定安装在X轴导轨(1)上;Y轴移动装置包括安装在X轴滑块(3)顶部的Y轴导轨(5),Y轴导 轨(5)顶部滑动安装有Y轴滑块(6),Y轴滑块(6)中部的内螺纹中安装有Y轴滚珠丝杠,Y轴滚 珠丝杠与Y轴步进电机(4)联接,Y轴步进电机(4)固定安装在Y轴导轨(5)上; 所述垂直升降台安装在Y轴滑块(6)上,垂直升降台包括台面(12)和Z轴导轨(8),Z轴导 轨(8)固定安装在Y轴滑块(6)上,Z轴导轨(8)上滑动安装有Z轴滑块(9),台面(12)安装在Z 轴滑块(9)上,Z轴滑块(9)中部的内螺纹中安装有Z轴滚珠丝杠,Z轴滚珠丝杠与Z轴步进电 机(7)联接,Z轴步进电机(7)固定安装在Z轴导轨(8)上,激光感测头(10)位于台面(12)上 方; 所述X轴步进电机(2)与平移台控制器电连接,Y轴步进电机(4)与平移台控制器电连 接,Z轴步进电机(7)与升降台控制器电连接; 所述平移台控制器与调度控制器电连接,升降台控制器与调度控制器电连接,激光扫 描控制器与调度控制器电连接,调度控制器与上位机电连接。 2.根据权利要求1所述的基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统,其特征在于: 所述激光测距仪采用基恩士公司生产的LT-9031高精度激光测量仪; 所述调度控制器采用的核心控制芯片为STM32F107VCT6芯片; 所述平移台控制器采用美国丹纳赫集团生产的ULTI-MAC-G型运动控制器; 所述二维平移台采用美国丹纳赫集团生产的XYR-8080型二维移动平台; 所述垂直升降台采用卓立汉光公司生产的KSAV2030-ZF高精密电控升降台,升降台控 制器采用卓立汉光公司生产的SC300-1B控制器。 3.采用权利要求1或2所述的基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统来检测光学 镜面的方法,其特征在于,包括以下顺序步骤: 步骤1:将被测镜面(11)固定安装在垂直升降台的台面(12)上,使被测镜面(11)位于激 光感测头(10)下方,调节被测镜面(11)与感测头之间的初始距离,使初始距离大于被测镜 面(11)的弧高,则位于激光感测头(10)竖直下方的被测镜面(11)的投影区域构成当前被测 点; 将当前被测点的X坐标值设定为0,Y坐标值设定为0; 按以下方法检定当前被测点的Z坐标值:通过上位机、调度控制器、激光扫描控制器检 测基准点与当前被测点之间的距离,如果该距离高于激光测距仪的测量范围上限,则通过 上位机、调度控制器、升降台控制器使Z轴步进电机(7)旋转,从而驱使垂直升降台的台面 (12)上的被测镜面(11)沿Z轴导轨(8)下降到激光测距仪的测量范围内,然后通过激光扫描 控制器读取检测基准点与当前被测点之间的距离,将此距离与垂直升降台的台面(12)下降 的距离之和,作为当前被测点的Z坐标值;通过上位机、调度控制器、激光扫描控制器检测基 准点与当前被测点之间的距离,如果该距离低于激光测距仪的测量范围下限,则通过上位 机、调度控制器、升降台控制器使Z轴步进电机(7)反向旋转,从而驱使垂直升降台的台面 (12)上的被测镜面(11)沿Z轴导轨(8)上升到激光测距仪的测量范围内,然后通过激光扫描 控制器读取检测基准点与当前被测点之间的距离,将此距离与垂直升降台的台面(12)上升 的距离之差,作为当前被测点的Z坐标值; 步骤2:按以下顺序步骤获取其余被测点的三维坐标值: 步骤2.1:通过上位机和调度控制器控制平移台控制器,驱使Y轴步进电机(4)旋转,从 而驱使被测镜面(11)沿Y轴导轨(5)移动一个步数,则位于激光感测头(10)竖直下方的被测 镜面(11)的投影区域构成当前被测点,当前被测点的Y坐标值为上一个被测点的Y坐标值加 上被测镜面(11)沿Y轴导轨(5)移动一个步数的距离之和,当前被测点的X坐标值与上一个 被测点的X坐标值相同,然后通过步骤1中的方法检定当前被测点的Z坐标值; 步骤2.2:重复M次步骤2.1,得到M个被测点的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值,其中M为大 于1的正整数; 步骤2.3:然后通过上位机和调度控制器控制平移台控制器,驱使X轴步进电机(2)旋 转,从而驱使被测镜面(11)沿X轴导轨(1)移动一个步数,则位于激光感测头(10)竖直下方 的被测镜面(11)的投影区域构成当前被测点,当前被测点的X坐标值为上一个被测点的X坐 标值加上被测镜面(11)沿X轴导轨(1)移动一个步数的距离之和,当前被测点的Y坐标值与 上一个被测点的Y坐标值相同,通过步骤1中的方法检定当前被测点的Z坐标值; 步骤2.4:然后通过上位机和调度控制器控制平移台控制器,驱使Y轴步进电机(4)反向 旋转,即与步骤2.1中的Y轴步进电机(4)的旋转方向相反,从而驱使被测镜面(11)沿Y轴导 轨(5)反向移动一个步数,则位于激光感测头(10)竖直下方的被测镜面(11)的投影区域构 成当前被测点,当前被测点的Y坐标值为上一个被测点的Y坐标值减去被测镜面(11)沿Y轴 导轨(5)移动一个步数的距离之差,通过步骤1中的方法检定当前被测点的Z坐标值; 步骤2.5:重复M次步骤2.4,得到M个被测点的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值,其中M为大 于1的正整数; 步骤2.6:然后通过上位机和调度控制器控制平移台控制器,驱使X轴步进电机(2)旋 转,从而驱使被测镜面(11)沿X轴导轨(1)移动一个步数,则位于激光感测头(10)竖直下方 的被测镜面(11)的投影区域构成当前被测点,当前被测点的X坐标值为上一个被测点的X坐 标值加上被测镜面(11)沿X轴导轨(1)移动一个步数的距离之和,当前被测点的Y坐标值与 上一个被测点的Y坐标值相同,通过步骤1中的方法检定当前被测点的Z坐标值; 步骤3:重复若干次步骤2过程,得到网格扫描后的被测镜面(11)的X坐标值、Y坐标值和 Z坐标值; 步骤4:将步骤1、步骤2和步骤3中得到的被测镜面(11)的X坐标值、Y坐标值和Z坐标值 代入以下公式中: Z=a1+a2X1+a3Y2+a4X2+a5XY+a6Y2+a7X3+a8X2Y+a9XY2+a10Y3 然后用最小二乘法从上式中解算出参数a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、a10,从而拟合得到 被测镜面(11)的三维坐标方程。
语种中文
专利代理人陈左
代理机构昆明正原专利商标代理有限公司
文献类型专利
条目标识符http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/12024
专题抚仙湖太阳观测站
作者单位中国科学院云南天文台,云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位中国科学院云南天文台
推荐引用方式
GB/T 7714
覃瑛,许骏. 基于激光扫描法的非接触光学镜面检测系统及其检测方法. ZL201610272377.1[P]. 2016-04-27.
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