本文關(guān)鍵詞：基于點(diǎn)衍射干涉技術(shù)的三維絕對位移測量方法研究

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【摘要】：三維絕對位移測量在精密測量、設(shè)計(jì)以及制造領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用,但目前的三維絕對位移測量系統(tǒng)(如坐標(biāo)測量機(jī)和激光跟蹤儀等)存在成本及維護(hù)費(fèi)用高、設(shè)備巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。本文結(jié)合當(dāng)前光學(xué)精密檢測領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)——點(diǎn)衍射干涉技術(shù),提出了基于點(diǎn)衍射干涉技術(shù)的三維絕對位移測量方法,目的是設(shè)計(jì)一種低成本、高精度的三維絕對位移測量系統(tǒng)。文中闡述了系統(tǒng)的測量原理,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并進(jìn)行了模擬仿真及實(shí)際測量實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。首先,本文提出了基于點(diǎn)衍射干涉技術(shù)的三維絕對位移測量系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的測量原理,并分別闡述了系統(tǒng)組成模塊的功能及作用,主要包括系統(tǒng)光路、點(diǎn)衍射探頭、圖像采集、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)處理。其次,根據(jù)點(diǎn)衍射理論以及本系統(tǒng)的測量原理建立了測量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。針對系統(tǒng)中的相位解調(diào)計(jì)算,介紹了移相算法和傅里葉變換兩種方法,并采用移相算法進(jìn)行相位信息的求解。對于三維絕對位移的計(jì)算,提出了最優(yōu)化重構(gòu)算法,并介紹了多種最優(yōu)化方法,包括算法原理及計(jì)算流程,采用粒子群優(yōu)化算法(PSO)進(jìn)行絕對位移的求解。再次,利用本文提出的測量原理及測量的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行三維絕對位移的測量計(jì)算。本文為驗(yàn)證PSO算法的可行性及魯棒性,進(jìn)行了無噪聲和含噪聲的仿真分析;為最大限度地提高測量精度,對PSO算法中的參數(shù)進(jìn)行了模擬仿真分析。結(jié)果表明本文提出的測量系統(tǒng)在仿真情況下可達(dá)到納米量級(jí)的測量精度。最后,利用本文提出的三維絕對位移測量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際測量,并與三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行比較,結(jié)果表明本系統(tǒng)的實(shí)際測量精度可達(dá)到微米量級(jí)。本文提出的基于點(diǎn)衍射技術(shù)的三維絕對位移測量系統(tǒng)成本低,便于攜帶,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場快速的高精度測量,具有很好的應(yīng)用價(jià)值及發(fā)展前景。
【關(guān)鍵詞】：三維絕對位移 精密測量 點(diǎn)衍射干涉 相位解調(diào) 最優(yōu)化方法
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH74
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-19
• 1.1 課題研究的背景及意義13-14
• 1.2 課題的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本文的主要工作和章節(jié)安排17-19
• 1.3.1 本文的主要工作17
• 1.3.2 本文的章節(jié)安排17-18
• 1.3.3 本文的創(chuàng)新點(diǎn)和難點(diǎn)18-19
• 2 基于點(diǎn)衍射干涉技術(shù)的三維絕對位移測量原理19-26
• 2.1 點(diǎn)衍射干涉三維絕對位移測量基本原理19-21
• 2.2 測量系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)21-23
• 2.2.1 系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)22
• 2.2.2 點(diǎn)衍射探頭模塊22-23
• 2.3 三維絕對位移測量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.4 本章小節(jié)25-26
• 3 光學(xué)干涉相位解調(diào)計(jì)算26-33
• 3.1 傅里葉變換法原理26-27
• 3.2 移相法測量原理27-30
• 3.3 相位展開30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 4 三維絕對位移重構(gòu)最優(yōu)化算法33-44
• 4.1 多維非線性方程組的Newton迭代法33-35
• 4.2 非線性最優(yōu)化方法35-41
• 4.2.1 Newton方法36-37
• 4.2.2 擬牛頓法37-40
• 4.2.3 Levenberg-Marquardt優(yōu)化方法40-41
• 4.3 智能優(yōu)化算法41-43
• 4.3.1 粒子群優(yōu)化算法原理41-42
• 4.3.2 算法流程42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 5 測量系統(tǒng)仿真結(jié)果分析44-54
• 5.1 移相算法的相位解調(diào)結(jié)果44-47
• 5.1.1 無噪聲時(shí)的測量結(jié)果45-46
• 5.1.2 加入噪聲后的測量結(jié)果46-47
• 5.2 粒子群優(yōu)化算法的參數(shù)確定及仿真結(jié)果47-52
• 5.2.1 算法的參數(shù)確定47-50
• 5.2.2 粒子群優(yōu)化算法仿真結(jié)果50-52
• 5.3 本章小節(jié)52-54
• 6 絕對位移測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)際測量結(jié)果54-63
• 6.1 絕對位移測量系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)54-56
• 6.2 絕對位移測量系統(tǒng)軟件界面56-57
• 6.3 參與計(jì)算的像素點(diǎn)數(shù)量的選取57-60
• 6.4 實(shí)際測量結(jié)果60-62
• 6.5 本章小節(jié)62-63
• 7 總結(jié)展望63-65
• 7.1 總結(jié)63-64
• 7.2 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-69
• 作者簡歷69

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本文編號(hào)：587474