光栅相移精密控制系统的设计与应用

投影栅相位法是三维轮廓测量的热点方法之一,主要用于测量物体表面三维形貌和离面变形位移场等。根据投影栅相位法三维测量原理,提出了一种实现光栅相移精密控制的方法,详细阐述了整个装置实现控制的过程。通过对实际物体的测量,证明了该方法的有效性。将实验结果用于三维图像的重构,得出的物体三维图像表明：此种方法可以完好地实现投影栅相位法对物体的测量,其测量数据准确、测量过程可靠,并且大大提高了投影栅相位法的测量效率。     

双频投影栅线法物体轮廓测量技术研究

在光学投影栅线法测量物体三维轮廓理论的基础上,本文提出了双频投影栅线法物体轮廓测量技术,通过两种不同频率的光栅投影图,能够直接得到包含物体高度信息的绝对相位值,能够实现具有陡峭边沿物体的测量,实验结果表明,利用该方法能够显著提高物体轮廓测量精度.     

结合二维信息的PMP三维测量相位展开方法

在基于光栅投影相位测量轮廓术的电子贴片安装印刷锡膏质量三维检测中,阴影、噪声和在线检测的快速性要求都使传统相位展开方法不能满足需要.结合该应用的实际工程条件,根据二维图像信息,可以改进相位展开方法:在测量对象平滑的区域,用基本原理法进行相位展开;在阴影、边界区域和三维异常的情形,分别采用质量图导向法和最小二乘法进行相位展开.实验证明该方法既保证了PMP包裹相位的正确展开,又提高了处理速度.     

条纹投影测量系统标定方法研究

条纹投影测量方法具有无接触、测量精度较高、分辨率高等优点，是最可靠的三维测量方法技术之一。而系统标定的精度决定了测量数据的精度上限，是三维测量中至关重要的环节，所以本文分析比较了条纹投影测量系统已有的主要标定方法，包括有：反向投影法、三角关系建模法、隐式拟合法和神经网络法。从误差积累、系统搭建严格程度、操作复杂度、是否需要精密辅助装置、是否考虑镜头畸变以及测量精度等方面进行了对比分析，得出每种方法的优缺点及应用，并以精度相对较高的相位匹配标定法、多项式标定法和平面拟合标定法3种方法为例进行对比实验，综合方法特征与实验结果，得出标定方法选择依据：需要高精度测量应选择多项式拟合法，需要操作灵活应选择相位匹配法，同时对精度和灵活性有需求，应选择平面拟合标定法，对此类技术面向不同需求时选择适当的方法进行系统标定具有一定的应用价值。     

三维物体轮廓测量标定技术中解相问题的研究

对三维物体轮廓测量标定技术中所遇到的卷相问题进行了分析，提出了多标定平面法和标记图像法来计算相位沿高度方向的卷相次数，并通过实验验证了该方法的有效性。     

基于C8051F340的三维测量仪器开发

根据投影栅相位轮廓术的四步相移法开发三维测量仪器,介绍仪器的测量原理,设计光学投影系统、相移机构及图像采集模块来实现四步相移法,利用C8051F340单片机搭建硬件控制平台并开发了相应的控制软件。研制出一台三维测量仪器,完全满足工业及相关三维测量的需求。仪器具有体积小、操作方便、测量速度快、精度高的优点,并且是基于USB接口的数据通信,易于移动。     

相位测量技术在人体尺寸自动测量中的应用

本文研究了一种新的人体非接触测量方法--投影条纹相位测量法.采用一般的白光照明,将光栅投影到人体表面,用掇象机将所形成的变形栅摄入计算机内的图象帧存贮器内,利用移相算法或付立叶变换法可以计算出图象上每个象素点的相位,进而可以计算出每个象素点的三维坐标以及人体的三维尺寸.     

变曲率高聚物材料表面三维轮廓和变形场分布的同时测量

为测得变曲率高聚物材料的表面三维轮廓和变形场分布情况,构建一个基于条纹投影技术的三维测量系统,通过采用改进的标定方法实现对系统的高精度标定,然后利用标定好的系统对一块表面凹凸不平的EVA材料板进行表面轮廓测量,对该材料板施加一定作用的力使其产生形变后再对其进行三维轮廓测量,由变形前后采集到的数据经过分析得到该材料的变形场分布情况,从而实现了变曲率高聚物材料表面轮廓和变形场分布的同时测量.     

一种具有宽松约束的相位—高度映射算法

为了提升PMP测量系统的测量精度以及放宽该系统搭建的约束条件,提出一种新的具有宽松约束的相位测量轮廓术相位—高度映射算法.这种算法既不要求投影装置光心和成像装置光心的连线平行于参考平面,也不要求投影装置的光轴与成像装置的光轴共面,只要保证成像装置光轴垂直于参考平面,即可实现相位—高度映射.本文详细推导了该算法的数学模型,发现当投影装置光心与成像装置光心的连线不平行于参考平面时,相位—高度映射不仅与三维测量系统的结构参数有关,还与参考面的相位分布有关.由于在实际测量中难以保证投影装置光心与成像装置光心的连线严格平行于参考平面,因此所采用的新的相位—高度映射算法是实际测量系统的真实反映,也使系统更易于搭建.实验结果表明:本文所提算法进行测量的平均绝对误差和均方根误差最大不超过0.031 mm和0.040 mm.该算法拓宽了搭建测量系统时的约束条件,使得光路更易于实现.实验验证了该算法的有效性,表明所提算法的精确性和可重复性均优于传统算法.     

小尺寸凹陷物体表面轮廓测量方法

在分析条纹投影测量物体轮廓方法的基础上,针对不规则小尺寸凹陷物体提出一种新的投影方法,采用激光光源和空间光调制器代替常用的投影仪,解决了小尺寸凹陷物体表面轮廓测量问题.在图像处理方面沿用了傅立叶变换技术,在滤波方面改进了传统滤波方法,实现了自动滤波处理.利用该投影系统和改进后的滤波技术对具有不规则小尺寸凹陷的物体进行了实际测量,证实了该方法的可行性.     

复合虚拟光栅在投影栅相位法上的应用

通常准确测量物体的突变形面,采用一种双频变精度方法．该方法测量周期长,动态性较差,所以提出了基于虚拟复合光栅投影的三维轮廓测量技术．在计算机上模拟生成虚拟光栅,将两种频率的光栅合成为投影复合光栅进行测量．本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用复合虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决相位展开所产生拉线的困难,实验效果较好．     

绝对编码光栅的相位细分

针对位移精密测量中提高绝对编码光栅的分辨率,提出一种绝对编码的相位细分方法。由自然码或格雷码的多码道光栅组成编码光栅,其基元码道是高频率的罗奇光栅,解码采用傅里叶变换相位计算方法,通过傅里叶变换、空间频域滤波和逆傅里叶变换得到基元码道的相位分布,利用格雷码的级次信息得到展开的相位分布。利用相位分布的线性性质进行线性拟合,实现高分辨率的相位细分。分析了实验原理并进行了提高分辨率的相位细分实验研究,实验结果表明,采用相位细分的方法,经过标定后可大大提高绝对编码光栅的分辨率和测量精度。     

一种位相光栅激光衍射干涉场的研究

基于单缝衍射理论，对位相光栅基片的上表面反射方向的衍射干涉场的分布规律进行了研究，提出了基于此分布规律对位相光栅的刻蚀深度进行实时检测的新方法。     

使用矩形相位光栅的可辨向激光多普勒测振仪

讨论了激光多普勒技术的双相检测辨向方法,分析了单周期矩形相位光栅的衍射效率,在此基础上,描述了一种利用双相检测法辨向的、以单周期矩形相位光栅作合束器(beam-combiner)的后向散射型激光多普勒测振仪,详细说明了仪器的工作原理,给出了有关的实验结果.采用能消除零级衍射光的矩形相位光栅来抑制杂散光和结合微弱的信号光,同时还在信号处理中采用差动电路来消除噪声,所以该仪器能在目标散射光比较微弱的情况下获得高信噪比(SNR)的信号,从而有利于扩大应用范围和提高测量精度.     

三维形貌自动化测量的程序设计

将相移技术和数字图象处理技术运用到变形栅线的处理中,通过计算机程序设计,实现了三维形貌测量的自动化处理。     

一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置

为了检测旋转轴系径向跳动的精度,研制了一种旋转轴系径向跳动精度的检测装置。该装置以与主轴同轴安装的主光栅为基准,通过指示光栅与主光栅同轴安装,对径放置两接收系统接收到两光电信号,利用相位计测出两信号的相位差,把旋转轴系的径向跳动量转换为两光电信号的相位差,经过换算,给出旋转轴系的径向跳动精度。分析了影响检测结果的因素,该装置已成功应用在旋转轴系的精度检测中,装置的测量误差不大于0.2μm。检测结果表明该装置具有结构简单,装调方便,测量精度高等特点。     

Optical/Digital Fringe Multiplication in Projection Moiré

In this paper, the optical/digital fringe multiplication (O/DFM) is realized in projection moiré using digital image processing (DIP). Both deformed grating and reference grating are captured using a CCD camera. The reference grating can also be produced using DIP. With the O/DFM, the pattern is multiplied with an image processing software, which is developed using MATLAB 6.5. Also with DIP, the phase shifting can become much simpler, and the automation can be adopted. The multiplied pattern is much thinner and easier to read, and sensitivity of measurement can be enhanced.     

非球面Ronchi检测的误差分析

为了较高精度地检测大型非球面面形,需要分析检测装置对测量误差产生的影响。基于Ronch i检测法,将正弦光栅代替Ronch i光栅应用在非球面反射镜的检测上,采用同步相位探测技术和几何原理获得所有被测点的面形偏差梯度信息,然后利用区域波前重构法恢复面形偏差,进而重建被测面形。利用此方法首次分析了叠栅条纹图、非球面度、光栅对比度对重建被测面形的影响。数值结果表明,条纹图的重叠和光栅的对比度均对非球面的检测精度有影响,重建面形误差随着被测面形非球面度的增加而增大。对测量误差的分析可为Ronch i检测装置的设计提供有效、可靠的依据。