光栅投影三维物体形貌测量中的条纹技术研究

摘要

三维物体测量是获取物体形态特征的重要手段。随着工业技术的不断进步,对工业产品的外形检测、仿形制造等需求不断增加。在现有的非接触测量法中,光栅投影法因其测量精度高、速度快,已成为物体三维形貌测量的主要方法。本文针对该方法中采用的光栅条纹技术进行了较为全面的研究。
　　本文首先研究不同频率条纹测量对不同三维物体恢复的影响。针对被测物体的曲率、测量条纹频率及测量误差之间的关系展开研究。第一部分进行计算机仿真模拟。利用不同频率光栅条纹对所建立的物体模型进行测量,其中应用四步相移法进行三维物体形貌恢复,通过Matlab函数进行物体表面各点曲率的计算,恢复出的物体与模型对比求出误差,再根据误差和曲率数值描点绘图,得出不同频率条纹测量下物体曲率与恢复误差间的关系。第二部分进行物体恢复实例验证。利用不同频率光栅条纹对实际物体进行测量,验证第一部分结论的正确性。通过研究,在相位测量轮廓术、菱形解相方法下,频率为1/16(条纹/像素)条纹适用范围更广,精度较高,结果相对于稳定。其次研究多频率多形式条纹的生成方法。基于计算全息技术,应用Matlab和LabVIEW混合编程,设计了一个灵活快速的智能化多频光栅条纹图像生成系统,可进行参数设置,模式选择,生成任意单频、双频、多频光栅条纹。相对于传统的机械条纹生成法,此系统稳定、方便、精度高。最后对生成条纹的投影方法进行初步研究。依据投影原理设计了一个基于DMD的条纹投影方案。通过了解DMD结构及工作原理,进行条纹投影光路方案和投影核心元件DMD的控制系统方案设计。

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1绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2光学投影式三维测量国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 光栅投影三维形貌测量方法概述

2.1 光栅投影三维形貌测量原理

2.2 光栅投影三维形貌测量方法分类

2.3 本章小结

3 不同频率光栅条纹对三维物体测量的影响研究

3.1 理论分析与研究方案

3.2 四步相移法

3.3 菱形解相法

3.4图像滤波技术

3.5三维面形恢复的计算机模拟

3.6 物体恢复实例与结果分析

3.7 本章小结

4 计算全息光栅的条纹生成算法与设计

4.1 计算全息简介

4.2 计算机生成光栅条纹的方法

4.3 多频计算全息光栅条纹生成系统

4.4 本章小结

5 基于DMD的光栅条纹投影技术研究

5.1 条纹投影技术研究意义

5.2 条纹投影方案设计

5.3 DMD控制系统方案

5.5 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

研究生期间发表的论文