發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 07:51

【摘要】：三維測(cè)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字條紋投影三維形貌測(cè)量技術(shù),更是成為了研究的熱點(diǎn),在快速測(cè)量、工業(yè)檢測(cè)、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(duì)數(shù)字條紋投影三維形貌測(cè)量技術(shù)的要求越來越高,期望能夠更快速,更高精度的測(cè)量。在數(shù)字條紋投影三維形貌測(cè)量技術(shù)中具有較高的可靠性和測(cè)量精度的是基于時(shí)間相位解包裹方法的條紋投影測(cè)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(cè)量時(shí)間較長(zhǎng),無(wú)法進(jìn)行快速、實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)測(cè)量。本論文針對(duì)基于時(shí)間相位解包裹方法的條紋投影測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速,高精度測(cè)量的關(guān)鍵問題展開研究。1.詳細(xì)研究線性增長(zhǎng)法、擬合指數(shù)法、擬合負(fù)指數(shù)法時(shí)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(cè)量速度慢。基于此,本文提出一種如何減少數(shù)據(jù)獲取時(shí)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(gè)包裹相位和一個(gè)輔助相位,利用兩相位間的聯(lián)系能夠得到一個(gè)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(gè)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(shí)間、數(shù)據(jù)處理時(shí)間,一定程度上提高測(cè)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(cè)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(huì)放大主值相位的誤差,可能會(huì)造成外差相位不夠準(zhǔn)確,進(jìn)而會(huì)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(gè)視場(chǎng),從而打破了相位主值誤差對(duì)高頻條紋的限制,而且只進(jìn)行一次外差,不會(huì)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(duì)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(shí)間相位展開方法。該方法只需要6幅條紋圖,并且算法簡(jiǎn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TH721
【圖文】：

3圖 1-1 三維測(cè)量技術(shù)的分類觸式式是最為早期的三維形貌測(cè)量形式，其發(fā)展歷史相當(dāng)悠久，經(jīng)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。標(biāo)測(cè)量機(jī)簡(jiǎn)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(cè)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(cè)量機(jī)平臺(tái)，使其測(cè)量精度逐漸提高、速度越來越快。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主體部分是具有 X、Y、Z 三軸的機(jī)械系統(tǒng)，為測(cè)頭的移動(dòng)提供息的是測(cè)頭系統(tǒng)，通常的組成元件是測(cè)頭和接觸式探針，獲取過探針與被測(cè)對(duì)象的表面輕微接觸；以及為測(cè)頭提供移動(dòng)動(dòng)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(duì)空間坐標(biāo)的采集和量對(duì)象接觸時(shí)，控制系統(tǒng)采集此時(shí)三坐標(biāo)軸相對(duì)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(cè)量對(duì)象的三維坐標(biāo)。，接觸式的測(cè)量精度比非接觸式的高，可以達(dá)到微米量級(jí)，但局限了它的發(fā)展。不足的地方有：測(cè)量對(duì)象的材質(zhì)松軟易變形數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)形變，則會(huì)使其測(cè)量精度受到影響；測(cè)量過程是逐較多；測(cè)量設(shè)備體積龐大移動(dòng)困難，不利于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

雙波長(zhǎng)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(dòng)且相位差不變的光疊加時(shí)，在干涉場(chǎng)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(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)度增強(qiáng)的條紋，相反則會(huì)減弱的條紋，介于之間的則會(huì)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(duì)相位關(guān)系，被測(cè)物體的三維形貌信息就包含在這些相對(duì)中[7]。在實(shí)際測(cè)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(cè)量鏡面的原理示意圖,測(cè)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(cè)試鏡面反射回的測(cè)試光光束中包含了被測(cè)元件的面形信息。通過分析和處理探測(cè)器采集的參考試光束產(chǎn)生的干涉圖即可獲得被測(cè)鏡面的面形分布。該方法測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)有效的回避基于三角法測(cè)量中的陰影問題，同時(shí)有較高的精度（可達(dá)波0）。但是測(cè)量系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境非常敏感，容易受到溫度、濕度、壓強(qiáng)等響，同時(shí)測(cè)量對(duì)象很小，只能測(cè)量微觀物體，難以測(cè)量宏觀物體。

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本文編號(hào)：2767071