三维曲面激光精密测量技术

测量三维曲面轮廓的传统方法是采用表面轮廓仪式或三坐标机。改进的方法是将激光三角测量头装在三坐标机上以代替触针，从而实现了非接触测量，但此法仍然受到三坐标机本身的限制。本文在深入研究激光三角测量原理的基础上，提出了一种三维曲面的激光双三角测量法，并给出了设计要点。     

超光滑表面三维微观轮廓检测的研究

利用干涉共模抑制和光电信号共模抑制技术，辅以二维扫描平台及计算机控制与数据处理技术，可以高精度地无损测量超光滑表面三维微观轮廓。本论述了上述测量系统的原理，结构和误差分析，并了关于三维微观轮廓的定义问题。     

具有高空间分辨力的位相型光瞳滤波式差动共焦测量法

提出一种新的改善光触针类测量传感器空间分辨力的位相型差动共焦测量方法.该方法通过具有横向超分辨能力的位相型光瞳滤波器最大程度地改善共焦测量系统的横向分辨力,通过差动共焦测量法改善共焦测量系统的轴向分辨力,最终提高共焦测量系统空间分辨能力.理论分析和实验表明,当入射激光束波长λ=632.8 nm、测量物镜数值孔径NA=0.85、uM=4时,该方法的横向分辨力优于0.2μm,轴向分辨力优于2 nm.该方法可用于表面微观轮廓及微小尺度的超精密测量.     

基于光谱共焦的在线集成表面粗糙度测量方法

为了提高加工检测效率,实现尺寸形位公差与微观轮廓的同平台测量,提出一种基于光谱共焦位移传感器在现场坐标测量平台上集成表面粗糙度测量的方法.搭建实验测量系统且在LabVIEW平台上开发系统的硬件通讯控制模块,并配套了高斯轮廓滤波处理及表面粗糙度的评价环境,建立了非接触的表面粗糙度测量能力.对标准台阶、表面粗糙度标准样块和...     

基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统构建与实验研究

研制了一种基于差动共焦显微技术的微区拉曼光学系统装置,对无机样品进行微区拉曼光谱探测。传统显微共焦拉曼光谱技术没有强调系统的定焦能力,而所研制的光学系统装置利用差动共焦曲线过零点与焦点位置精确对应的特性,采用反馈控制技术,具有长时间定焦功能。在微区拉曼散射信号收集时,采用多模光纤空间耦合技术,以光纤代替传统物理探测针孔,提高了环境抗干扰能力,优化了系统结构和装调性能。实验结果表明:该装置具有较高稳定性,可有效探测单壁碳纳米管在1 581. 510 cm^-1,2 708. 065 cm^-1特征峰处的拉曼频移及纯物质硫在153. 113 cm^-1,219. 917 cm^-1,473. 322 cm^-1特征峰处的拉曼频移并且实现碳管的单线检测,满足了光谱探测系统装置设计需求。     

激光干涉共焦显微镜

光学共焦显微镜现己广泛地应用于微机械、生物样品、材料及微电子器件的三维测量,但经典的光学共焦显微镜由于原理性限制,其分辨率与精确度远低于接触式传感器。现结合双频激光干涉仪和共焦显微镜的优点,使激光干涉共焦显微镜不仅横向分辨率高,而且使纵向分辨率达到0．1nm,扩展不确定度U95=13．4nm,使之能测量纳米量级形位变化,而且测量值直接溯源至激光波长。     

用于线宽测量的偏振干涉共焦显微测量方法

提出一种融合共焦显微技术和偏振干涉技术的偏振干涉共焦显微测量方法。利用共焦技术进行准确的焦点定位，以获得最佳的测量光斑；同时，利用照射到台阶边缘的不同偏振方向(平行和垂直于台阶边缘)的线偏振光反射后产生的相位变化不同这一特性，进行边缘定位。相位变化是利用外差干涉测相的方法得到的。这一系统完全符合共光路原则，有很强的抗干扰能力。利用该系统对标准线宽样板进行了测量，测量结果与中国计量科学研究院用原子力显微镜测量的结果，以及厂商提供的可溯源到美国NIST光学线宽标准的测量值都符合的很好；还对同一刻线进行了5次重复性测量，其极限偏差为20m。     

基于改进Sierra 抖动算法的微离焦投影三维轮廓测量技术研究

通过分析传统频率调制的相位轮廓测量技术,提出基于蛇形扫描改进Sierra抖动算法,结合微离焦投影,可减小正弦光栅二值化的量化误差,同时抑制非对称纹理,能较大地改善离焦后光栅的正弦性。将该抖动算法生成的离焦光栅用于三维轮廓测量技术,与Bayer有序抖动算法、Sierra抖动算法和Floyd-steinberg误差扩散抖动算法进行了比较,实验结果表明:改进Sierra抖动算法具备更好的适应性,能够较大程度地降低相位误差,运算速度快,生成光栅准确度较高,改善了相位质量,适用于高精度三维轮廓测量。     

光切法三维轮廓测量中的离焦误差研究

本文分析了光切法三维轮廓测量中离焦误差的产生原因及其对的影响，探讨了无离焦倾斜接收方式消除此项误差的原理及其缺陷，在此基础上提出了既能消除误差又能解决倾斜收方式缺点的有焦正接收方式的消视差校一，较满意地解决了离焦误差问题。     

光谱共焦技术精密几何量测量台研制

光谱共焦位移传感器能够实现对透明和非透明材质的几何量测量,该文设计一套基于光谱共焦技术的精密几何量测量系统,将测量轮廓数据转换为图像,基于图像处理技术实现对几何量测量点的准确定位。采用改进的最小二乘法对轮廓数据进行预处理,有效提高系统几何量测量结果的动态重复性,同时系统测量软件直观友好地提供手动轮廓外形编辑和测量工具。实验结果表明:系统能够对透明物体的几何量进行精确测量,自动测量陶瓷标准块厚度的动态重复性不超过1μm。     

基于相位差法共焦式测头的研究

文章在研究了共焦法测量传感器及其测量系统的基础上, 提出了一种通过测量连续两个峰值信号的相位差来计算被测表面位置的方法。该测头采用振动音叉调整系统的焦点位置, 用参考臂光路提供参考信号。这种测头舍弃了微型位移传感器, 简化了系统结构, 降低了成本。测量范围为±0 1mm, 动态特性为336 点/s, 测量强反射表面允许的最大倾角为±12°。     

Derivation of analytical coherent transfer function for a confocal microscope with arbitrary Toraldo filter

The Toraldo filter is one of the most widely investigated and used pupil filters for super-resolution focusing and imaging in both conventional wide-field microscopy and confocal scanning microscopy. The analytical coherent transfer function is therefore derived from convolution decomposition of a confocal microscope with arbitrary Toraldo filter. It is demonstrated using two typical examples that the mechanism of super-resolution or resolution improvement can be easily evaluated without numerical convolution calculation.     

基于色散共焦原理的内径测量技术研究

为了满足小口径深孔类零件的高精度非接触测量需求,研制了一套适用于较大测量范围的高分辨力光学测量系统。利用色散共焦测量原理,建立了微位移量系统,结合光谱分析技术,形成了高分辨力光学测量系统。首先,基于色散共焦原理,设计了色散物镜结构;其次设计爬行结构,利用电机带动反射镜旋转,完成深管不同截面的径向几何尺寸测量;再次,通过最小二乘法以及误差分析与补偿,对系统误差进行分析;最后通过搭建实验平台验证。结果表明：该测量系统可实现小测量范围达到5 mm,测量误差优于3.3μm,具有测量精度高、测量范围较大、结构紧凑等优点,对解决小尺寸深孔类零件内径测量难题具有重要实用意义。     

虚拟光栅变频投影三维测量技术的研究

虚拟光栅变频投影三维测量技术采用多光束干涉条纹形成虚拟余弦光栅,将虚拟余弦光栅投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形虚拟光栅。通过调整多光束干涉的楔角改变虚拟光栅频率,将两幅不同频率的变形虚拟光栅经过光学接收系统成像在CCD像机上,对CCD像机记录的变频变形光栅图像进行综合处理从而获取被测物体的三位形貌。本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用变频虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决三维测量中被测物体高度变化率过大引起相位展开困难的问题。     

光学3D坐标测量技术研究

研究了光学坐标测量系统三维精密视觉测量方法,对其核心技术:数字成像器件模型及标定方法、辅助靶标技术以及高精度亚象素图像处理算法进行了深入的讨论,并提出了详细的解决方法.经实验证明,这些方法切实可行,达到了所要求的精度,从而为光学坐标测量系统的设计提供了可靠依据.     

霍尔效应的地下位移三维测量方法研究

当霍尔传感器与磁钢之间的相对位置变化时,霍尔传感器感受到的磁感应强度也随之变化,从而导致传感器的输出电压改变.采用三个霍尔传感器组成传感器阵列,建立三维笛卡儿坐标系.通过测量传感器的输出电压并结合一定的算法,可计算出某一时刻磁钢的三维坐标.地下土体的变形会改变霍尔传感器与磁钢之间的相对位置.在得到磁钢新的三维坐标之后,通过几何运算得出位移的大小.     

调制度测量轮廓术高度信息获取新算法

理论分析表明,在正弦光栅成像面前后调制度分布是一种高斯分布,据此提出一种基于高斯曲线拟合的调制度测量轮廓术高度信息获取新算法：高斯曲线拟合法。该算法对调制度分布序列中极值位置附近的部分数据点利用高斯函数进行拟合,从获得的拟合曲线求出调制度极大值的真实位置,该位置对应的扫描距离即为对应点的高度信息。对同一测量数据利用三种高度算法分别计算高度,测量精度为：极值算法0．78mm、重心算法0．37mm和高斯曲线拟合算法0．22mm,表明高斯曲线拟合法可以获得更高的测量精度。     

基于快速散斑结构光三维重建的在线测量系统

在流水生产线中实现工件表面三维信息的快速获取及尺寸的快速测量是当前辊压成形等制造业智能化升级过程中的迫切需求。基于散斑投影的三维重建方法仅需利用单幅物体散斑图像即可重建出物体表面的三维数据,在流水线工件快速测量中具有一定优势。本文对散斑三维重建中较为耗时的对应点搜索算法进行了优化,并在此基础上研制出适用于辊压成形制造生产线的工件快速三维测量系统。实验结果显示,该系统具有较快的三维数据重建速度,测量误差在0.035 mm范围内,能够满足辊压成形工件三维结构尺寸的快速在线测量需求。     

逆向非接触测量技术浅析

随着光电子技术、微电子技术与计算机技术的快速发展，以及工业制造水平的提升，逆向工程与逆向非接触测量技术的应用日趋增多。为使几何量测量工作者对逆向工程，特别是对逆向非接触测量与曲模构建有一个比较简洁清晰的了解，本文就非接触测量的三角法原理与结构光视觉测量原理作了较为明晰的介绍，同时就曲模构建也作了一个简要的指引。     

由序列图像进行三维测量的新方法

目前的三维测量方法都需要专门的测量设备且存在着种种限制,为此提出了一种基于图像序列进行三维测量的新方法。将由数码相机围绕被测物体拍摄的多幅图像导入计算机,利用图像处理知识得到特征的二维信息;采用计算机视觉方法,对特征从射影空间到欧式空间分层逐步重建即可完成三维测量。设计一套特征标志组合,作为辅助测量工具避免了特征匹配难题。确立了一套图像分割与识别策略获得特征标志二维信息,识别率可达到95%以上。采用基于模约束的摄像机分层自标定方法得到特征在欧式空间下的三维信息,并通过多种优化方法减少误差的影响。该方法在硬件上实现简单,对测量条件要求不高。实际试验表明,相对误差可达到1.48%,重投影误差为0.3864像素。