基于条纹反射的镜面物体三维形貌测量方法研究

论文摘要

基于结构光的光学三维测量技术以其高精度、高效率和非接触性的优点在高速检测、产品开发、质量控制、反向工程等领域得到了广泛的应用。随着现代制造业的飞速发展,对于许多精密零件、器件的质量检测要求会越来越高。虽然光学三维测量技术在漫反射物体的测量方面已经相当成熟,但是对于类镜面或镜面的测量仍然是一个难点。因此镜面三维方法测量研究具有很深远的意义。传统的镜面测量方法中,采用正弦条纹作为投影条纹,由于显示器的非线性影响,降低了条纹质量。本文采用三角波条纹作为投影条纹,通过空气系统的离焦作用,来获得正弦条纹。CCD相机接收由于镜面物体反射调制的变形条纹,将采集到的条纹图像进行解调和相位解包裹来获得镜面物体的绝对相位,通过直接建立高度和绝对相位之间的数学模型,来恢复镜面物体的三维形貌。本文研究内容和工作主要包含以下几个方面:1.分析三角波条纹离焦原理,对比三角波条纹和标准正弦条纹作为投影条纹CCD相机获得条纹的正弦性,三角波条纹离焦能够滤除幅值较小的高次谐波,滤除环境中存在的高频噪声,获得更好的条纹质量,减小LCD显示器非线性对测量的误差的影响。2.分析了相位展开算法,研究介绍了三频相位展开法和三频外差相位展开法,为了提取较高精度的相位值,本文采用三频外差结合反向相位误差补偿的方法来展开相位,为恢复镜面物体三维形貌得到有效的保证。3.基于一种新的数学模型原理,搭建了一套新的测量系统,提出了一种改进的基于条纹反射的镜面物体测量方法,本方法采用三角波条纹代替正弦条纹投影,通过空气离焦系统的离焦作用,得到比较标准的正弦条纹图像,获得精度较高的相位信息,然后对系统进行CCD相机标定、系统参数标定,来恢复镜面物体的三维形貌信息。4.通过搭建的测量系统,进行了对于一个凹面镜和一个平面镜的测量实验,恢复了两个镜面物体的三维形貌。凹面镜的测量高度误差为0.0174mm,实验结果表明了该测量方法的有效性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 镜面物体的三维测量方法
•     1.2.1 接触式三维测量方法
•     1.2.2 扫描镜测量法
•     1.2.3 非接触式三维测量方法
•   1.3 镜面物体三维测量的国内外研究现状
•     1.3.1 国内外研究现状
•     1.3.2 镜面物体三维测量的应用领域
•   1.4 本论文的研究内容及结构安排
• 第2章 基于条纹反射的测量系统模型
•   2.1 测量系统原理
•   2.2 本文测量系统硬件设备的选取
•     2.2.1 选取的LCD平板显示器参数
•     2.2.2 选取的CCD相机参数
•     2.2.3 精密平移台的选取
•   2.3 改进的基于条纹反射镜面测量方法
•     2.3.1 空气离焦系统的高斯滤波器模型
•     2.3.2 三角波条纹的离焦理论分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 镜面物体相位获取及相位补偿展开技术
•   3.1 采用相移法获取截断相位
•   3.2 条纹的相位展开方法
•     3.2.1 指数时间相位展开法
•     3.2.2 三频相位展开法
•     3.2.3 三频外差相位展开法
•   3.3 三频外差结合相位补偿展开法
•     3.3.1 相位补偿原理
•     3.3.2 三频外差结合相位补偿展开方法
•   3.4 本章小结
• 第4章 测量系统标定
•   4.1 CCD相机模型
•     4.1.1 理想的CCD相机模型
•     4.1.2 镜头的畸变校正模型
•   4.2 CCD相机的标定实验
•   4.3 系统参数标定
•   4.4 本章小结
• 第5章 镜面物体面形测量实验
•   5.1 平面镜的面形恢复实验
•   5.2 凹面镜的面形恢复实验
•   5.3 实验结果分析
•   5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 学术成果情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 徐天义

导师: 伏燕军

关键词: 镜面物体测量,三角波条纹离焦,条纹反射,相位展开,标定

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 南昌航空大学

分类号: O439;TP391.41

总页数: 67

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