基于三角波条纹离焦的三维面形测量方法研究

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中文摘要：基于光学的三维面形测量技术具有非接触、测量精度较高、可实现在线检测等优点，在航空航天、汽车制造、工业化生产等诸多方面得到应用。然而，目前常用的测量系统中存在的Gamma效应严重影响了测量精度，而且无法对镜面物体进行有效的测量。如何有效的克服Gamma效应，进一步提高测量精度，进而实现对镜面物体的三维面形测量在现代检测中有着重要意义。传统的方法中，采用二进制条纹离焦测量时，一般采用调节投影设备主动离焦或者较远离焦距离进行自动离焦。以上两种离焦方法，离焦程度都相对较深，降低了投影条纹强度，使得相位获取准确率降低，从而影响了测量精度；采用正弦条纹进行测量时，由于投影仪的Gamma效应导致投影条纹中有相当多的高次谐波，降低了条纹质量，给系统测量带来了误差。为解决以上问题，本文开展了如下研究工作： 1.提出了基于三角波条纹离焦投影的三维面形测量方法，并详细阐述了条纹离焦、Gamma效应等相关问题。该方法中对三角波条纹进行轻微距离空气离焦就能够滤除幅值较小的高次谐波，并滤除环境中存在的高频噪声，克服了Gamma效应；离焦距离更短，保证了较高的信噪比，使得相位获取更准确。MATLAB仿真模拟充分证明了该方法的有效性和可行性，通过实验对鼠标和长条物体进行面形测量，并将RMS控制在0.03mm以内。相较于传统方法，测量精度得到了较大提高。 2.提出了基于三角波离焦条纹反射的三维面形测量方法，重点研究了反射镜面测量的原理、系统结构和系统标定等问题。该方法采用三角波条纹通过短距离空气传播微离焦，不仅避免了远距离离焦在镜面成像中引起的CCD相机无法拍摄到清晰的反射条纹像和相位获取准确率降低的问题；而且有效的降低了显示器的Gamma效应带来的测量误差。通过仿真模拟和实验，均验证了该方法的有效性和可行性。通过实验对曲率半径为1m，尺寸大小为80mm×80mm的标准凹面镜进行了测量，恢复面形RMS约为16.15um。

作者：

屈国丽

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关键词：

三角波条纹离焦三维面形测量 Gamma效应系统标定

授予学位：

硕士

学科专业：

航空材料加工与检测技术

导师：

伏燕军

学位年度：

2017

学位授予单位：

南昌航空大学

语种：

中文

中图分类号：