【摘要】：三維測量技術(shù)影響著生活方式、生產(chǎn)方式,其中具有非接觸、快速、高精度、低成本、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字條紋投影三維形貌測量技術(shù),更是成為了研究的熱點(diǎn),在快速測量、工業(yè)檢測、質(zhì)量控制、虛擬現(xiàn)實(shí)、反向工程、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著生活質(zhì)量的提高、工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,對數(shù)字條紋投影三維形貌測量技術(shù)的要求越來越高,期望能夠更快速,更高精度的測量。在數(shù)字條紋投影三維形貌測量技術(shù)中具有較高的可靠性和測量精度的是基于時間相位解包裹方法的條紋投影測量技術(shù)。但是,該方法投影和采集的條紋圖數(shù)量較多,處理的數(shù)據(jù)量大、測量時間較長,無法進(jìn)行快速、實(shí)時和動態(tài)測量。本論文針對基于時間相位解包裹方法的條紋投影測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速,高精度測量的關(guān)鍵問題展開研究。1.詳細(xì)研究線性增長法、擬合指數(shù)法、擬合負(fù)指數(shù)法時間相位解包裹方法的原理,這些方法需要采集和處理大量的數(shù)據(jù),測量速度慢。基于此,本文提出一種如何減少數(shù)據(jù)獲取時間的方法。該方法在四步相移條紋的基礎(chǔ)上增加了兩幅條紋圖,六幅條紋圖可以得到一個包裹相位和一個輔助相位,利用兩相位間的聯(lián)系能夠得到一個頻率是包裹相位一半的新的包裹相位。也就是說,該方法的一套條紋可以得到兩個不同頻率的包裹相位。擬合指數(shù)法、擬合負(fù)指數(shù)法需要log_2 s(s為條紋的最大周期數(shù))套條紋,在采用四步相移的情況下,則需要4log_2 s幅條紋圖。而本方法需要3log_2 s,減少了log_2 s幅條紋圖,可以縮短投影和采集時間、數(shù)據(jù)處理時間,一定程度上提高測量速度。通過實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性。2.詳細(xì)闡述了雙頻外差法和三頻外差法的原理,并分析了每種方法的不足。雙頻外差方法中相位主值的誤差限制了使用高頻條紋進(jìn)行高精度的測量,三頻外差方法,雖然可以使用高頻條紋,但是兩次的外差操作會放大主值相位的誤差,可能會造成外差相位不夠準(zhǔn)確,進(jìn)而會使展開的連續(xù)相位出現(xiàn)跳躍性誤差。結(jié)合現(xiàn)有的研究成果,提出了雙頻外差結(jié)合相位編碼的相位解包裹方法。通過相位編碼條紋展開外差后的相位,外差相位的周期不用覆蓋整個視場,從而打破了相位主值誤差對高頻條紋的限制,而且只進(jìn)行一次外差,不會出現(xiàn)放大主值相位的誤差造成連續(xù)相位跳變的情況。通過對比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了方法的可行性和有效性。3.利用設(shè)計(jì)的條紋,提出一種新的時間相位展開方法。該方法只需要6幅條紋圖,并且算法簡單,方法的有效性和可行性通過實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TH721
【圖文】：

3圖 1-1 三維測量技術(shù)的分類觸式式是最為早期的三維形貌測量形式，其發(fā)展歷史相當(dāng)悠久，經(jīng)坐標(biāo)測量機(jī)。標(biāo)測量機(jī)簡稱 CMM，它是建立在精密儀器及機(jī)械這門學(xué)科上的礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、光電技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等。自從六十年標(biāo)測量機(jī)誕生以來，不斷發(fā)展和進(jìn)步的相關(guān)科技技術(shù)為測量機(jī)平臺，使其測量精度逐漸提高、速度越來越快。三坐標(biāo)測量機(jī)主體部分是具有 X、Y、Z 三軸的機(jī)械系統(tǒng)，為測頭的移動提供息的是測頭系統(tǒng)，通常的組成元件是測頭和接觸式探針，獲取過探針與被測對象的表面輕微接觸；以及為測頭提供移動動力

學(xué)碩士論文 第統(tǒng)和處理數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)。其工作機(jī)制是對空間坐標(biāo)的采集和量對象接觸時，控制系統(tǒng)采集此時三坐標(biāo)軸相對于機(jī)床原點(diǎn)的，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理這些數(shù)據(jù)信息來獲取測量對象的三維坐標(biāo)。，接觸式的測量精度比非接觸式的高，可以達(dá)到微米量級，但局限了它的發(fā)展。不足的地方有：測量對象的材質(zhì)松軟易變形數(shù)據(jù)時出現(xiàn)形變，則會使其測量精度受到影響；測量過程是逐較多；測量設(shè)備體積龐大移動困難，不利于現(xiàn)場測量。

雙波長法又稱為雙波干涉法，它的依據(jù)是疊加原理。當(dāng)兩束頻率和振動且相位差不變的光疊加時，在干涉場中形成明暗相間的干涉條紋。干涉度取決于它們的相位差，相位相等時會產(chǎn)生強(qiáng)度增強(qiáng)的條紋，相反則會減弱的條紋，介于之間的則會產(chǎn)生中間強(qiáng)度的條紋。這些干涉條紋可以這兩束波的相對相位關(guān)系，被測物體的三維形貌信息就包含在這些相對中[7]。在實(shí)際測量中，利用產(chǎn)生的干涉條紋確定物體表面的高度分布。圖該方法測量鏡面的原理示意圖,測量需要的設(shè)備有激光器、分光鏡、參考鏡器。分光鏡將激光器發(fā)射的光束一分為二：一束是經(jīng)分光鏡反射到參考透過分光鏡的參考光束；另一束是穿過分光鏡經(jīng)測試鏡面反射回的測試光光束中包含了被測元件的面形信息。通過分析和處理探測器采集的參考試光束產(chǎn)生的干涉圖即可獲得被測鏡面的面形分布。該方法測量結(jié)構(gòu)簡有效的回避基于三角法測量中的陰影問題，同時有較高的精度（可達(dá)波0）。但是測量系統(tǒng)對外界環(huán)境非常敏感，容易受到溫度、濕度、壓強(qiáng)等響，同時測量對象很小，只能測量微觀物體，難以測量宏觀物體。

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本文編號：2767071