三维测量方法与仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测量领域，尤其涉及Η维测量方法与仪器。
【背景技术】
[0002] Η维在位检测技术对于自由曲面工件是至关重要的。由于光学自由曲面面型的几 何复杂性W及对其测量的高精度要求，使得Η维测量代替传统测量成为自由曲面检测的最 优测量方式。从另一个角度来看，使用传统离线检测技术测量外部尺寸或重量较大且表面 带有微结构的工件是几乎不可能实现的。不仅如此，传统离线检测技术对于加工效率和测 量的可追溯性都会产生负面的影响。
[0003] 现有的测量技术都无法同时实现Η维检测和在位检测。对于单一的Η维检测技 术，很多Η维检测系统都已实现商品化，但是送些成熟的Η维检测系统均属于传统的离线 检测设备，由于其系统的复杂性而无法同时实现在位检测。对于现有的在位检测系统，都是 针对表面粗糖度所进行的二维粗糖度测量，而无法进行表面形貌的Η维测量。
[0004] 考虑到对于自由曲面检测的现有测量技术的现状及其局限性，对于很多目前有广 泛应用的自由曲面元件，比如非自由曲面上带有微结构的复杂情况，现有的测量技术无法 进行直接测量。
[0005] 申请号为201080051728. 7的名称为"Η维测量方法"公开了一种用于根据立体测 量方法通过使用至少两个照相机来测量产品的特征点的Η维坐标的Η维测量方法，包括W 下的步骤；通过使用第一照相机捕获特征点，并且通过使用第二照相机捕获与特征点连续 的特征点组；计算包含第一照相机的传感器面上的相应点、第一照相机的焦点位置和第二 照相机的焦点位置的面，相应点与特征点对应，并且，计算作为计算的面与包含第二照相机 的传感器的面的面的交线的第一线；和计算延伸通过第一照相机的传感器面上的相应点和 第一照相机的焦点位置的直线W及延伸通过第二照相机的传感器面上的相应点组和第二 照相机的焦点位置的直线，并计算所计算的直线的交点作为特征点的Η维坐标。该方法虽 然能将产品的特征点的Η维坐标测量出来，但是利用了至少两个相机，操作步骤较为复杂。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有的工件的Η维测量方法操作复杂的问题，提供了一种Η维测量方 法与仪器。
[0007] 本发明就其技术问题提供的技术方案如下：
[0008] 本发明提供了一种Η维测量方法，包括W下步骤：
[0009] S1、设置微透镜阵列，使该微透镜阵列包括阵列排列的多个单元透镜；并使该微透 镜阵列朝向工件的待测表面，从而使该工件上的待测表面的特征点通过微透镜阵列形成多 个像点；
[0010] S2、设置传感平面，使该传感平面与微透镜阵列所在平面平行，使传感平面与微透 镜阵列所在平面之间的距离为传感距离；获取待测表面的特征点在传感平面上所形成的多 个像点；
[0011] S3、设置映射平面，并在该映射平面上设置多个映射点；使该多个映射点与特征点 的多个像点一一对应；设置重聚焦平面，并使该重聚焦平面与映射平面平行，且使重聚焦平 面与映射平面之间的距离等于传感距离；在该重聚焦平面上设置会聚点阵列，使该会聚点 阵列包括阵列排列的多个会聚点；并使该多个会聚点与所述多个单元透镜的中必一一对 应；且使该多个会聚点与多个映射点一一对应；
[0012] S4、连接特征点的每个像点的映射点与该映射点对应的会聚点，W形成该特征点 的多个重聚焦连线；该多个重聚焦连线相交于重聚焦点；建立工件所在空间的物空间Η维 坐标系W及重聚焦点所在空间的重聚焦点Η维坐标系；使物空间Η维坐标系与重聚焦点Η 维坐标系对应；计算该重聚焦点的Η维坐标，并根据该重聚焦点的Η维坐标、物空间Η维坐 标系与重聚焦点Η维坐标系的对应关系计算得到特征点的Η维坐标；
[0013]S5、将该特征点的Η维坐标显示出来。
[0014] 本发明上述的Η维测量方法中，根据步骤S1-步骤S4通过一次测量得到工件的待 测表面上所有特征点的Η维坐标；并根据得到的工件待测表面上所有特征点的Η维坐标绘 制出工件待测表面的Η维形貌。
[0015] 本发明上述的Η维测量方法中，所述传感平面包括一个CCD图像传感器的传感器 面，该传感器面被分割为阵列排列的多个传感区；该多个传感区与多个单元透镜一一对应。
[0016] 本发明上述的Η维测量方法中，所述传感平面包括CMOS图像传感器的传感器面； 该CMOS图像传感器的传感器面与微透镜阵列所在平面平行。
[0017] 本发明上述的Η维测量方法中，所述步骤S3包括；根据获取的特征点的多个像 点，计算得到该特征点的同名点间距；并根据同名点间距在映射平面上设置映射点。
[0018] 本发明上述的Η维测量方法中，所述步骤S4还包括步骤S41 ;转动工件，使工件上 的背向微透镜阵列的特征点朝向该微透镜阵列，并重复步骤S1-步骤S4W计算得到该工件 上的背向微透镜阵列的特征点在工件转动后在物空间Η维坐标系中的Η维坐标；然后根据 该工件转动的角度，计算得到该特征点在工件转动前在物空间Η维坐标系中的Η维坐标。
[0019] 本发明上述的Η维测量方法中，根据步骤S1-步骤S4W及步骤S41得到工件的朝 向微透镜阵列和背向微透镜阵列的表面上所有特征点的Η维坐标；并根据得到的工件朝向 微透镜阵列和背向微透镜阵列的表面上所有特征点的Η维坐标绘制出工件的Η维形貌。
[0020] 本发明还提供了一种Η维测量仪器，该Η维测量仪器包括：
[0021] 微透镜阵列，该微透镜阵列包括阵列排列的多个单元透镜；该微透镜阵列用于朝 向工件的待测表面，使该工件的待测表面的特征点在微透镜阵列的背向工件的一侧形成多 个像点；
[0022] 图像传感器，该图像传感器的传感器面构成传感平面，该传感平面与微透镜阵列 所在平面平行，传感平面与微透镜阵列所在平面之间的距离为传感距离；该图像传感器用 于获取工件上待测表面的特征点在传感平面上所形成的多个像点；并将该多个像点的位置 关系发送给处理器；
[0023] 处理器，该处理器与图像传感器电性连接，用于接收图像传感器发送的多个像点 的位置关系，并建立映射平面，在该映射平面上设置多个映射点，使该多个映射点与多个像 点一一对应；该处理器还用于建立重聚焦平面，并使该重聚焦平面与映射平面平行，且使重 聚焦平面与映射平面之间的距离等于传感距离；该处理器还用于在该重聚焦平面上设置会 聚点阵列；该会聚点阵列包括阵列排列的多个会聚点；该多个会聚点与所述多个单元透镜 的中必一一对应；且该多个会聚点与多个映射点一一对应；该处理器还用于连接特征点的 每个像点的映射点与该映射点对应的会聚点，W形成该特征点的多个重聚焦连线；该多个 重聚焦连线相交于重聚焦点；该处理器还用于建立工件所在空间的物空间Η维坐标系W及 重聚焦点所在空间的重聚焦点Η维坐标系；物空间Η维坐标系与重聚焦点Η维坐标系对 应；计算该重聚焦点的Η维坐标，并根据该重聚焦点的Η维坐标、物空间Η维坐标系与重聚 焦点Η维坐标系的对应关系计算得到特征点的Η维坐标，然后将该特征点的Η维坐标发送 给显示设备；
[0024] 存储器；该存储器与处理器电性连接，该存储器用于存储映射平面的方程式、多个 映射点的坐标、重聚焦平面的方程式、多个会聚点的坐标、多个重聚焦连线的方程式、重聚 焦点的坐标W及特征点的坐标；
[00巧]显示设备：该显示设备与处理器电性连接、该显示设备用于接收处理器发送的特 征点的Η维坐标，并将该特征点的Η维坐标显示出来。
[0026] 本发明上述的Η维测量仪器中，所述Η维测量仪器还包括用于转动工件，使工件 上的背向微透镜阵列的特征点朝向该微透镜阵列的转动机构。
[0027] 本发明上述的Η维测量仪器中，所述Η维测量仪器还包括设置在工件和微透镜阵 列之间的物镜；该物镜的轴向垂直于微透镜阵列所在平面。
[0028] 本发明上述的Η维测量仪器中，所述Η维测量仪器