三維測量方法與儀器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測量領域，尤其涉及Η維測量方法與儀器。
【背景技術】
[0002] Η維在位檢測技術對于自由曲面工件是至關重要的。由于光學自由曲面面型的幾 何復雜性W及對其測量的高精度要求，使得Η維測量代替傳統測量成為自由曲面檢測的最 優測量方式。從另一個角度來看，使用傳統離線檢測技術測量外部尺寸或重量較大且表面 帶有微結構的工件是幾乎不可能實現的。不僅如此，傳統離線檢測技術對于加工效率和測 量的可追溯性都會產生負面的影響。
[0003] 現有的測量技術都無法同時實現Η維檢測和在位檢測。對于單一的Η維檢測技 術，很多Η維檢測系統都已實現商品化，但是送些成熟的Η維檢測系統均屬于傳統的離線 檢測設備，由于其系統的復雜性而無法同時實現在位檢測。對于現有的在位檢測系統，都是 針對表面粗糖度所進行的二維粗糖度測量，而無法進行表面形貌的Η維測量。
[0004] 考慮到對于自由曲面檢測的現有測量技術的現狀及其局限性，對于很多目前有廣 泛應用的自由曲面元件，比如非自由曲面上帶有微結構的復雜情況，現有的測量技術無法 進行直接測量。
[0005] 申請號為201080051728. 7的名稱為"Η維測量方法"公開了一種用于根據立體測 量方法通過使用至少兩個照相機來測量產品的特征點的Η維坐標的Η維測量方法，包括W 下的步驟；通過使用第一照相機捕獲特征點，并且通過使用第二照相機捕獲與特征點連續 的特征點組；計算包含第一照相機的傳感器面上的相應點、第一照相機的焦點位置和第二 照相機的焦點位置的面，相應點與特征點對應，并且，計算作為計算的面與包含第二照相機 的傳感器的面的面的交線的第一線；和計算延伸通過第一照相機的傳感器面上的相應點和 第一照相機的焦點位置的直線W及延伸通過第二照相機的傳感器面上的相應點組和第二 照相機的焦點位置的直線，并計算所計算的直線的交點作為特征點的Η維坐標。該方法雖 然能將產品的特征點的Η維坐標測量出來，但是利用了至少兩個相機，操作步驟較為復雜。

【發明內容】

[0006] 本發明針對現有的工件的Η維測量方法操作復雜的問題，提供了一種Η維測量方 法與儀器。
[0007] 本發明就其技術問題提供的技術方案如下：
[0008] 本發明提供了一種Η維測量方法，包括W下步驟：
[0009] S1、設置微透鏡陣列，使該微透鏡陣列包括陣列排列的多個單元透鏡；并使該微透 鏡陣列朝向工件的待測表面，從而使該工件上的待測表面的特征點通過微透鏡陣列形成多 個像點；
[0010] S2、設置傳感平面，使該傳感平面與微透鏡陣列所在平面平行，使傳感平面與微透 鏡陣列所在平面之間的距離為傳感距離；獲取待測表面的特征點在傳感平面上所形成的多 個像點；
[0011] S3、設置映射平面，并在該映射平面上設置多個映射點；使該多個映射點與特征點 的多個像點一一對應；設置重聚焦平面，并使該重聚焦平面與映射平面平行，且使重聚焦平 面與映射平面之間的距離等于傳感距離；在該重聚焦平面上設置會聚點陣列，使該會聚點 陣列包括陣列排列的多個會聚點；并使該多個會聚點與所述多個單元透鏡的中必一一對 應；且使該多個會聚點與多個映射點一一對應；
[0012] S4、連接特征點的每個像點的映射點與該映射點對應的會聚點，W形成該特征點 的多個重聚焦連線；該多個重聚焦連線相交于重聚焦點；建立工件所在空間的物空間Η維 坐標系W及重聚焦點所在空間的重聚焦點Η維坐標系；使物空間Η維坐標系與重聚焦點Η 維坐標系對應；計算該重聚焦點的Η維坐標，并根據該重聚焦點的Η維坐標、物空間Η維坐 標系與重聚焦點Η維坐標系的對應關系計算得到特征點的Η維坐標；
[0013]S5、將該特征點的Η維坐標顯示出來。
[0014] 本發明上述的Η維測量方法中，根據步驟S1-步驟S4通過一次測量得到工件的待 測表面上所有特征點的Η維坐標；并根據得到的工件待測表面上所有特征點的Η維坐標繪 制出工件待測表面的Η維形貌。
[0015] 本發明上述的Η維測量方法中，所述傳感平面包括一個CCD圖像傳感器的傳感器 面，該傳感器面被分割為陣列排列的多個傳感區；該多個傳感區與多個單元透鏡一一對應。
[0016] 本發明上述的Η維測量方法中，所述傳感平面包括CMOS圖像傳感器的傳感器面； 該CMOS圖像傳感器的傳感器面與微透鏡陣列所在平面平行。
[0017] 本發明上述的Η維測量方法中，所述步驟S3包括；根據獲取的特征點的多個像 點，計算得到該特征點的同名點間距；并根據同名點間距在映射平面上設置映射點。
[0018] 本發明上述的Η維測量方法中，所述步驟S4還包括步驟S41 ;轉動工件，使工件上 的背向微透鏡陣列的特征點朝向該微透鏡陣列，并重復步驟S1-步驟S4W計算得到該工件 上的背向微透鏡陣列的特征點在工件轉動后在物空間Η維坐標系中的Η維坐標；然后根據 該工件轉動的角度，計算得到該特征點在工件轉動前在物空間Η維坐標系中的Η維坐標。
[0019] 本發明上述的Η維測量方法中，根據步驟S1-步驟S4W及步驟S41得到工件的朝 向微透鏡陣列和背向微透鏡陣列的表面上所有特征點的Η維坐標；并根據得到的工件朝向 微透鏡陣列和背向微透鏡陣列的表面上所有特征點的Η維坐標繪制出工件的Η維形貌。
[0020] 本發明還提供了一種Η維測量儀器，該Η維測量儀器包括：
[0021] 微透鏡陣列，該微透鏡陣列包括陣列排列的多個單元透鏡；該微透鏡陣列用于朝 向工件的待測表面，使該工件的待測表面的特征點在微透鏡陣列的背向工件的一側形成多 個像點；
[0022] 圖像傳感器，該圖像傳感器的傳感器面構成傳感平面，該傳感平面與微透鏡陣列 所在平面平行，傳感平面與微透鏡陣列所在平面之間的距離為傳感距離；該圖像傳感器用 于獲取工件上待測表面的特征點在傳感平面上所形成的多個像點；并將該多個像點的位置 關系發送給處理器；
[0023] 處理器，該處理器與圖像傳感器電性連接，用于接收圖像傳感器發送的多個像點 的位置關系，并建立映射平面，在該映射平面上設置多個映射點，使該多個映射點與多個像 點一一對應；該處理器還用于建立重聚焦平面，并使該重聚焦平面與映射平面平行，且使重 聚焦平面與映射平面之間的距離等于傳感距離；該處理器還用于在該重聚焦平面上設置會 聚點陣列；該會聚點陣列包括陣列排列的多個會聚點；該多個會聚點與所述多個單元透鏡 的中必一一對應；且該多個會聚點與多個映射點一一對應；該處理器還用于連接特征點的 每個像點的映射點與該映射點對應的會聚點，W形成該特征點的多個重聚焦連線；該多個 重聚焦連線相交于重聚焦點；該處理器還用于建立工件所在空間的物空間Η維坐標系W及 重聚焦點所在空間的重聚焦點Η維坐標系；物空間Η維坐標系與重聚焦點Η維坐標系對 應；計算該重聚焦點的Η維坐標，并根據該重聚焦點的Η維坐標、物空間Η維坐標系與重聚 焦點Η維坐標系的對應關系計算得到特征點的Η維坐標，然后將該特征點的Η維坐標發送 給顯示設備；
[0024] 存儲器；該存儲器與處理器電性連接，該存儲器用于存儲映射平面的方程式、多個 映射點的坐標、重聚焦平面的方程式、多個會聚點的坐標、多個重聚焦連線的方程式、重聚 焦點的坐標W及特征點的坐標；
[00巧]顯示設備：該顯示設備與處理器電性連接、該顯示設備用于接收處理器發送的特 征點的Η維坐標，并將該特征點的Η維坐標顯示出來。
[0026] 本發明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器還包括用于轉動工件，使工件 上的背向微透鏡陣列的特征點朝向該微透鏡陣列的轉動機構。
[0027] 本發明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器還包括設置在工件和微透鏡陣 列之間的物鏡；該物鏡的軸向垂直于微透鏡陣列所在平面。
[0028] 本發明上述的Η維測量儀器中，所述Η維測量儀器