本发明属于光学检测，具体涉及一种平面玻璃面形检测方法及系统。
背景技术：
1、玻璃通过钢化处理，可以有效增强玻璃的机械强度。建筑玻璃的钢化处理方法一般采用物理钢化原理，将玻璃加热到一定温度（低于软化温度），使玻璃中的原有应力消失，然后将玻璃快速冷却，使得玻璃内部形成很大的永久应力，这个过程也称为玻璃“淬火”。通过这样的热处理，在冷却后玻璃内部存在均匀分布的内应力，从而提高玻璃的抗压强度和热稳定性。但是，在玻璃钢化处理过程中，由于钢化炉加工参数设置不当，会导致玻璃上下表面加热温度不同、上下表面冷却速率不同、玻璃周围加热温度均匀性差、炉温过高玻璃塌软、玻璃边缘局部温度过高等现象，进而导致玻璃面形发生变化，进而使玻璃反射影像产生扭曲变形，影响建筑玻璃幕墙美观效果。
2、建筑玻璃面形的评价参数主要采用平整度（弓形变形、波形变形），面形变形导致反射影像变形的评价参数主要采用屈光度。前者为玻璃表面拱高或波峰与波谷之间高度，反映的是玻璃在一定尺寸范围内面形高度的变化量；后者为玻璃反射光线偏移量变化率的函数，可间接看做面形高度一阶导数和二阶导数的函数，反映的是人眼观察玻璃影像的扭曲程度。
3、对于批量生产的钢化平面玻璃产线，需要一种能够同时兼顾实时快速测量及准确度高的检测系统，能够实时反馈玻璃加工质量，及时调整工艺条件，以避免在生产中造成损失。目前，已有的快速测量方法有点阵图案测量法，基本原理是通过相机采集经被测玻璃表面反射的点阵图案，根据反射图案相对标准图案的差异，获得玻璃表面面形或者屈光度信息。相关专利有美国专利us7345698b2和中国专利cn213579216u。
4、美国专利us7345698b2和中国专利cn213579216u均采用点阵灯箱和相机分别作为光源和接收端，相机与灯箱置于被测玻璃上方，且分别位于非同轴反射光路两端，如图1所示。
5、美国专利us7345698b2中，通过测量玻璃上下表面反射光斑叠放所形成椭圆的长短轴大小及轴线的方向，判断玻璃局部的图像放大率，根据放大率与屈光度之间的关系计算各测点处的屈光度值。使用美国专利us7345698b2的方法获得屈光度后，根据屈光度和面形高度的关系可恢复面形高度，此过程需要对屈光度进行两次降阶积分计算获得，存在两次积分误差的累积，增大了面形高度的测量误差。
6、中国专利cn213579216u的方法，先通过测量每个光斑中心位置的偏移，计算玻璃表面测点处斜率，采用路径积分法对斜率进行积分计算获得面形高度分布，进而计算获得屈光度。中国专利cn213579216u方法中的非同轴光路设计，使得测试光线在玻璃表面的入射角和反射角较大，从而使得玻璃在辊道传输过程中的上下震颤对斜率测量准确度的影响较大，进而增大了面形和屈光度的测量误差；其次，由于不能保障长时间测量状态下校准数据的及时修正，这将影响测量系统的稳定性；此外，为了减小装置体积，灯箱与被测玻璃之间距离需较近，这导致了系统的斜率测量分辨率降低。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种平面玻璃面形检测方法及系统，能够实现平面玻璃面形无遮挡无光损的同轴快速检测，减小测量误差，提高系统稳定性和斜率测量分辨率。
2、为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种平面玻璃面形检测方法，利用平面玻璃面形检测系统进行平面玻璃面形检测，所述系统包括点阵图案光源、小孔构件、相机、平面反射标样，所述小孔构件通过在所述点阵图案光源的中心光源点位置处挖孔设置，所述小孔构件与所述点阵图案光源的高度平齐，所述小孔构件包括小孔和圆环光源，小孔中心与圆环光源的中心重合，所述相机紧贴小孔上方设置，所述相机包括图像传感器，所述相机、所述小孔和所述点阵图案光源同轴设置，所述平面反射标样能够移动地设置在所述小孔的正下方，被测玻璃放置在所述小孔的正下方，所述点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样或被测玻璃反射后，经小孔进入相机中并投影至图像传感器上，分别形成点阵光斑像素图案和圆环光斑像素图案；
3、所述方法包括：
4、第一质心坐标获得步骤，将平面反射标样水平移至小孔的正下方，采集点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样反射后形成的各光斑像素图案，得到各光斑像素的质心坐标作为第一质心坐标；
5、系统光轴确定步骤，根据圆环光斑像素的质心与小孔中心的连线，确定系统的光轴；
6、系统标定参数建立步骤，根据点阵图案光源的各光源点中心的空间坐标、平面反射标样到小孔的高度，计算得到平面反射标样表面各点的反射光线与光轴的夹角作为第一夹角数据，根据第一质心坐标与第一夹角数据建立像素坐标与夹角的对应关系作为系统标定参数；
7、第二夹角数据计算步骤，移走平面反射标样，放置被测玻璃，采集点阵图案光源和圆环光源发出的光束经被测玻璃反射后形成的各光斑像素图案，得到各光斑像素的质心坐标作为第二质心坐标，根据第二质心坐标和系统标定参数计算获得被测玻璃表面各点的反射光线与光轴的夹角作为第二夹角数据；
8、玻璃面形重构步骤，根据被测玻璃到小孔的高度、点阵图案光源的各光源点中心的空间坐标以及第二夹角数据，计算被测玻璃表面各点的斜率，通过重构获得被测玻璃的面形。
9、优选地，所述系统标定参数建立步骤包括：
10、以小孔中心为原点建立系统的空间坐标系，如下计算得到平面反射标样表面各点的反射光线与光轴的夹角作为第一夹角数据：
11、，，
12、其中， si、 ti分别为点阵图案光源的各光源点中心在空间坐标系的 x轴方向和 y轴方向的坐标， h为平面反射标样的上表面到小孔的高度， αxi、 αyi分别为平面反射标样表面各点的反射光线与光轴在 x轴方向和 y轴方向的夹角；
13、根据点阵图案光源的各光源点中心的空间坐标与第一质心坐标之间的对应关系，建立第一质心坐标与第一夹角数据之间的对应关系。
14、优选地，所述玻璃面形重构步骤包括：
15、计算被测玻璃表面各点的位置坐标：
16、，，
17、其中，、分别为被测玻璃表面各点的反射光线与光轴在 x轴方向和 y轴方向的夹角， h为被测玻璃的上表面到小孔的高度， xi、 yi分别为被测玻璃表面各点的位置坐标；
18、计算被测玻璃表面各点的入射光线与光轴的夹角：
19、，
20、，
21、其中， ɑ1xi和 ɑ1yi分别为被测玻璃表面各点的入射光线与光轴在 x轴方向和 y轴方向的夹角；
22、计算被测玻璃表面各点的斜率：
23、，，
24、其中， kxi和 kyi分别为被测玻璃表面各点在x轴方向和y轴方向的斜率；
25、通过将被测玻璃表面各点的斜率进行积分来重构被测玻璃的面形。
26、本发明的另一个方面提供一种平面玻璃面形检测系统，包括点阵图案光源、小孔构件、相机、平面反射标样以及控制机构，所述小孔构件通过在所述点阵图案光源的中心光源点位置处挖孔设置，所述小孔构件与所述点阵图案光源的高度平齐，所述小孔构件包括小孔和圆环光源，小孔中心与圆环光源的中心重合，所述相机紧贴小孔上方设置，所述相机包括图像传感器，所述相机、所述小孔和所述点阵图案光源同轴设置，所述平面反射标样能够移动地设置在所述小孔的正下方，被测玻璃放置在所述小孔的正下方，所述点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样或被测玻璃反射后，经小孔进入相机中并投影至图像传感器上，分别形成点阵光斑像素图案和圆环光斑像素图案；
27、所述控制机构包括：
28、第一质心坐标获得模块，将平面反射标样水平移至小孔的正下方，采集点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样反射后形成的各光斑像素图案，得到各光斑像素的质心坐标作为第一质心坐标；
29、系统光轴确定模块，根据圆环光斑像素的质心与小孔中心的连线，确定系统的光轴；
30、系统标定参数建立模块，根据点阵图案光源的各光源点中心的空间坐标、平面反射标样到小孔的高度，计算得到平面反射标样表面各点的反射光线与光轴的夹角作为第一夹角数据，根据第一质心坐标与第一夹角数据建立像素坐标与夹角的对应关系作为系统标定参数；
31、第二夹角数据计算模块，移走平面反射标样，放置被测玻璃，采集点阵图案光源和圆环光源发出的光束经被测玻璃反射后形成的各光斑像素图案，得到各光斑像素的质心坐标作为第二质心坐标，根据第二质心坐标和系统标定参数计算获得被测玻璃表面各点的反射光线与光轴的夹角作为第二夹角数据；
32、玻璃面形重构模块，根据被测玻璃到小孔的高度、点阵图案光源的各光源点中心的空间坐标以及第二夹角数据，计算被测玻璃表面各点的斜率，通过重构获得被测玻璃的面形。
33、优选地，所述图像传感器的中心光轴、所述小孔的中心光轴和所述点阵图案光源的中心法线方向的光轴三轴重合。
34、优选地，所述点阵图案光源、所述小孔构件和所述相机分别设置有多个，多个点阵图案光源并排设置。
35、优选地，所述系统还包括移动机构，所述移动机构用于将所述平面反射标样移至和移出所述小孔的正下方。
36、根据本发明上述方面的平面玻璃面形检测方法及系统，能够实现平面玻璃面形无遮挡无光损的同轴快速检测，减小测量误差，提高系统稳定性和斜率测量分辨率。
1.一种平面玻璃面形检测方法，其特征在于，利用平面玻璃面形检测系统进行平面玻璃面形检测，所述系统包括点阵图案光源、小孔构件、相机、平面反射标样，所述小孔构件通过在所述点阵图案光源的中心光源点位置处挖孔设置，所述小孔构件与所述点阵图案光源的高度平齐，所述小孔构件包括小孔和圆环光源，小孔中心与圆环光源的中心重合，所述相机紧贴小孔上方设置，所述相机包括图像传感器，所述相机、所述小孔和所述点阵图案光源同轴设置，所述平面反射标样能够移动地设置在所述小孔的正下方，被测玻璃放置在所述小孔的正下方，所述点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样或被测玻璃反射后，经小孔进入相机中并投影至图像传感器上，分别形成点阵光斑像素图案和圆环光斑像素图案；
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统标定参数建立步骤包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述玻璃面形重构步骤包括：
4.一种平面玻璃面形检测系统，其特征在于，包括点阵图案光源、小孔构件、相机、平面反射标样以及控制机构，所述小孔构件通过在所述点阵图案光源的中心光源点位置处挖孔设置，所述小孔构件与所述点阵图案光源的高度平齐，所述小孔构件包括小孔和圆环光源，小孔中心与圆环光源的中心重合，所述相机紧贴小孔上方设置，所述相机包括图像传感器，所述相机、所述小孔和所述点阵图案光源同轴设置，所述平面反射标样能够移动地设置在所述小孔的正下方，被测玻璃放置在所述小孔的正下方，所述点阵图案光源和圆环光源发出的光束经平面反射标样或被测玻璃反射后，经小孔进入相机中并投影至图像传感器上，分别形成点阵光斑像素图案和圆环光斑像素图案；
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述图像传感器的中心光轴、所述小孔的中心光轴和所述点阵图案光源的中心法线方向的光轴三轴重合。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述点阵图案光源、所述小孔构件和所述相机分别设置有多个，多个点阵图案光源并排设置。
7.如权利要求4-6中任一项所述的系统，其特征在于，还包括移动机构，所述移动机构用于将所述平面反射标样移至和移出所述小孔的正下方。
