近日，復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院張祥朝教授團(tuán)隊(duì)提出多傳感器嚴(yán)格約束的偏折測(cè)量技術(shù)，通過基于貝葉斯多傳感融合的形位測(cè)量算法，為共體光學(xué)元件的形位一體化測(cè)量提供了完整、可靠的方案。相關(guān)研究成果以“Deterministic form-position deflectometric measurement of monolithic multi-freeform optical structures via Bayesian multisensor fusion”為題在國(guó)際著名期刊Light: Advanced Manufacturing上。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種多傳感融合的偏折測(cè)量系統(tǒng)，通過多傳感器測(cè)量精度與靈敏度的互補(bǔ)特性，為偏折測(cè)量的光線追跡模型提供了剛性約束，從而降低傳統(tǒng)偏折測(cè)量絕對(duì)定位的不確定度。基于所設(shè)計(jì)的多傳感測(cè)量系統(tǒng)，提出了一種全概率偏折測(cè)量模型，將傳統(tǒng)的測(cè)量過程轉(zhuǎn)化為基于多源觀測(cè)數(shù)據(jù)的貝葉斯估計(jì)問題，通過使觀測(cè)似然最大化以實(shí)現(xiàn)被測(cè)元件的形位測(cè)量。在假設(shè)測(cè)量噪聲服從高斯分布的條件下，該過程被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為圖優(yōu)化問題，通過不確定度的傳遞和更新指導(dǎo)測(cè)量過程，充分利用多傳感信息，基本原理如圖1所示。

圖1 多傳感形位偏折測(cè)量流程圖

構(gòu)建了偏折測(cè)量完整的不確定度傳遞鏈，通過實(shí)際測(cè)試與標(biāo)定先驗(yàn)計(jì)算各參數(shù)的噪聲分布，并通過蒙特卡洛法將參數(shù)噪聲傳遞至測(cè)量模型，通過數(shù)值計(jì)算即可快速、全面地評(píng)估實(shí)際系統(tǒng)在特定任務(wù)中的測(cè)量不確定度。其中，相機(jī)噪聲在測(cè)量過程中的傳遞與計(jì)算過程如圖2所示。

圖2 偏折系統(tǒng)不確定性建模。(a)系統(tǒng)配置，(b)強(qiáng)度，(c)相位，(d)逆向追跡的屏幕像素，以及它們對(duì)應(yīng)的噪聲分布(e)-(g)

多傳感偏折測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，契合原位測(cè)量場(chǎng)景。該系統(tǒng)可直接集成于單點(diǎn)金剛石車床的氣浮主軸上，在線檢測(cè)加工過程，避免了加工過程中在機(jī)床和測(cè)量設(shè)備間反復(fù)搬運(yùn)裝調(diào)工件，從而提升加工效率。此外，機(jī)床自帶的高精度軸系又為多傳感偏折系統(tǒng)提供了更多的運(yùn)動(dòng)自由度，可進(jìn)一步提高該方法的形位測(cè)量能力。

該論文由復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院博士生郎威為論文的第一作者，信息學(xué)院光科學(xué)與工程系張祥朝教授為論文的通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金的資助。