三维形貌

摘要： 三维微纳米台阶光学显微测量信息为多维形貌数据,其数据量庞大复杂、多维相关性低、表征难度大,且通常存在测量坏点影响关键尺寸表征精度。本文提出了一种三维微纳米台阶高精度光学显微测量量化表征方法。首先,针对三维微纳米台阶的结构特征选取测量系统并设计测量方法,获取其三维形貌点云数据信息;其次,建立三维形貌实测数据维度重构方法,将复杂的多维面形数据降维至有序二维空间;基于K-means聚类算法和数据映射,创建台阶高度参数量化表征模型,实现识别离群值的同时将二维数据点集中的质心距离映射为台阶高度值;最后,通过迭代收敛设计,进一步提高算法表征的准确度和鲁棒性。对两种微纳台阶标准物质进行实验,结果表明,在测量存在离群值等坏点情况下,本方法能够高精度表征出台阶高度参数,与校准值比对,误差小于1.5%。

摘要： 为了研究SCM420连铸大方坯不同热送条件下铸坯表层MnS-AlN复合相的析出特征及形成机理,利用冷场发射电镜对MnS-AlN的三维形貌与分布特征进行了观察,对钢中AlN析出热力学、不同形核机制下的析出动力学特征进行了理论计算,分析了不同形貌MnS-AlN基底MnS的当量直径D与AlN相对析出量指标A的关系,最后得出了热送过程中3种形貌MnS-AlN的形成机理。研究结果表明,两相区热送条件下铸坯表层MnS-AlN的形貌有胚芽状(TypeⅠ)、长方体棒状(TypeⅡ)和六棱板状(TypeⅢ)3种;高温热送条件下铸坯表层MnS-AlN的形貌有胚芽状(TypeⅠ)和六棱板状(TypeⅢ)2种,大部分MnS-AlN位于晶界附近,少部分位于晶内。TypeⅠ、TypeⅡ、TypeⅢ3类MnS-AlN的基底MnS平均当量直径D依次递减,AlN相对析出量指标A依次递增。不同热送条件下,相同类型MnS-AlN的基底MnS尺寸以及AlN相对析出量指标A值相差不大。在热送过程中最先形成TypeⅠ类MnS-AlN,随后AlN在小尺寸的TypeⅠ类MnS-AlN上析出长大形成TypeⅡ和TypeⅢ类MnS-AlN。

摘要： SAE1144是典型的中碳高硫易切削钢,钢中硫化物的形貌、大小、空间分布、偏析是影响其产品性能的关键因素。对国内某厂生产的SAE114连铸坯取样,采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻技术等表征方法开展硫化物形貌的解析,分析了铸坯中硫化物类型、空间分布、三维形貌的变化规律,并总结了硫偏析的规律。研究发现,SAE1144铸坯中硫化物的类型主要为硫化锰夹杂物,激冷层中硫化物主要为单一型椭球状硫化物;柱状晶区硫化物主要为单一型硫化物;中心等轴树枝晶区内硫化物主要为团簇状、链条状、单一型硫化物3类。SAE1144铸坯中心部位的最大偏析值为1.30。硫元素的微观偏析在一次枝晶、二次枝晶中产生的富集导致MnS的宏观分布偏析,聚集状大颗粒MnS的存在是SAE1144硫偏析的反映,也是制约产品性能的重要质量因素。

摘要： 为了量化表征变截面涡旋齿形貌的变化规律并提取特征信息,以45#钢和硬铝7075材料进行了3段基圆渐开线变截面涡旋铣削加工实验,用TalysurfCLI 1000形貌仪测量了涡旋齿三维形貌和表面粗糙度,对形貌图像进行了分析和比较,运用一维和二维功率谱密度方法量化表征了涡旋齿形貌的频率‑空间分布信息。形貌分析表明:45#钢试样涡旋齿形貌变化趋势接近走刀痕迹,呈现较强的规律性;45#钢涡旋齿试样表面形貌变化高度大于硬铝7075,且形貌的变化与型线位置无明显联系。二维功率谱密度分析表明,涡旋齿形貌呈各向异性特征,x方向空间频率0~0.02μm^(-1)是影响涡旋齿形貌的主导频率,涡旋齿主要缺陷存在于空间波长50μm内。一维功率谱密度表征解析了涡旋齿试样粗糙度相近、但表面形貌和粗糙度差异性明显的现象。实现了涡旋齿形貌不同层次特征的定量表征和信息提取。

摘要： 为了对物体表面形貌进行精准的无损测量,设计了一种基于激光位移传感器的物体表面形貌测量系统,该系统由硬件部分和软件部分组成,硬件部分包括激光位移传感器、光栅位移平台、PCL833三轴正交编码计数器卡,软件部分包括数据采集软件和MATLAB数据处理程序。被测物体在光栅位移平台上按一定的轨迹移动,数据采集软件将X、Y、Z方向的离散点坐标数据进行存储,最后采用高斯滤波,由MATLAB程序对数据进行处理,并绘制被测物体的三维形貌图。

摘要： 西安工业大学田爱玲团队自主设计、研发的新型三维动态光学显微镜,基于目前的动态观察显微镜和测量用的扫描三维显微镜的应用现状,采用数字全息技术原理,记录携带有被观测物体轮廓或相位信息的单帧数字全息干涉图,利用计算机数值重建算法对所记录的全息图进行数值重建获得被观测物体的相位和振幅信息,从而完成被测物体三维形貌的重构,达到非接触、全场、动态观察、测试、记录和存储的功能。

摘要： 本文制备了不同Fe和Mn含量高真空压铸AlSiMgMn合金,使用透射电镜(TEM)对富Fe相晶体结构和成分进行了分析;使用高分辨三维X射线(3Dμ-CT)对合金进行了断层扫描,获得了富Fe相三维形貌和空间坐标;结合非平衡凝固相变计算,讨论了Fe和Mn含量对富Fe相形成的影响,并分析了初生α-Fe相的生长机理。基于二分Kmeans和DBSCAN方法,设计了空间粒子团簇计算程序,对3Dμ-CT得到的富Fe金属间化合物进行了聚类计算,分析了其团簇定量特征。结果表明:随着Fe含量增加,富Fe相中Fe含量增加;Mn含量增加不改变富Fe相的元素含量;两者均不改变富Fe相的晶格常数,但大幅提高富Fe相的形成温度;与平衡凝固相比,高冷却速度下富Fe相和α(Al)相形成顺序改变,对富Fe金属间化合物三维特征和分布产生重要影响,其团簇更为紧密。

摘要： 针对航空科学技术产业中超精密加工对微纳米尺度的测试要求,本文提出一种白光干涉三维形貌快速测量算法.该算法通过将移相扫描精相位与垂直扫描粗相位融合,得到待测样品的三维形貌测量结果,并采用二维离散差分算法判断并消除待测样品在阶跃形貌的边缘处产生的蝙蝠翼误差,得到高精度的三维形貌测量结果,试验证明该算法纵向分辨率可达亚纳米精度.

摘要： 目的:比较超声器械与金刚砂车针预备所形成的肩台表面粗糙度的差异,为超声肩台预备的临床开展提供依据.方法:(1)6颗离体前磨牙颊舌侧的不同区域分别使用不同粗糙度的金刚砂车针进行预备,聚醚橡胶制取肩台区印模,三维形貌测量激光显微镜(three-dimensional topography measurement laser microscope,3-D TMLM)扫描印模并比较表面粗糙度.(2)6颗离体前磨牙颊侧的近、远中分别使用金刚砂车针和超声器械进行预备,聚醚橡胶制取肩台区印模,3-D TMLM扫描印模并比较表面粗糙度,牙科显微镜(×25)观察肩台表面形态.(3)上颌对称同名离体前牙20颗,灌注标准模型后随机分为超声器械组和金刚砂车针组,于仿头模上牙体预备后聚醚橡胶制取肩台印模;扫描并对比肩台印模近中、中央、远中区域表面粗糙度.用SPSS 25.0软件进行统计学分析.结果:(1)不同区域内预备体肩台和印模肩台的Ra和Rz差异均无统计学意义.(2)超声器械预备后肩台印模表面粗糙度[Ra:(6.59±2.33)pm,Rz:(34.69±7.29)μm]明显小于金刚砂车针[Ra:(21.79±4.89)μm,Rz:(91.69±14.82)μm](P＜0.05);牙科显微镜下可见超声预备的肩台形态清晰连续.(3)超声器械预备后肩台印模各区域的表面粗糙度Ra均小于金刚砂车针,其差异有统计学意义(P＜0.001);超声器械预备后肩台印模各区域表面粗糙度Ra的差异无统计学意义,而金刚砂车针预备后肩台印模在近中及远中区域的表面粗糙度Ra均大于中央区域,其差异有统计学意义(P＜0.001).结论:超声器械可获得更光滑的肩台表面,尤其可以显著改善肩台近邻面处的预备效果.

摘要： 图像清晰度评价函数是聚焦恢复深度法(Depth from Focus,DFF)实现三维形貌测量的核心,直接决定了深度方向的测量精度.文中提出了一种基于高频方差熵的图像清晰度评价函数,与常用函数对比了清晰度比率、灵敏度因子两个定量指标,结果表明所提函数优于常用函数.通过对所提函数获得的清晰度评价曲线进行高斯曲线拟合,实现了深度方向聚焦位置的精确计算.对文中方法开展了聚焦重复性与标准台阶高度测量测试,重复性聚焦实验的测量标准差为2.82μm,台阶高度测量标准差为12μm,验证了文中方法用于高精度非接触三维测量的可行性.

摘要： 采用非水溶液电解法能够从高碳钢中分离提取MnS-TiVCN复合夹杂物,得到完整的三维形貌.对比二维的TiVCN包裹MnS,三维形貌显示MnS与TiVCN是共生关系.利用热力学软件FactSage7.0对其形成过程进行合理的解释.研究结果表明,TiVCN夹杂物的析出温度为1573K,MnS的析出温度为1628K;TiVCN夹杂物是由V和C扩散至二元TiN而逐渐形成的复合夹杂物;在此过程,TiVCN以MnS夹杂物为载体形核和长大.控制策略为降低Ti含量到0.002％以下,来降低TiVCN复合夹杂物尺寸,实现降低对钢的强度、韧性及耐疲劳等性能产生的不利影响.

摘要： 重轨钢中MnS夹杂在轧制过程中塑性变形,是钢轨中裂纹、缺陷的主要来源.通过研究分析,发现并不是所有MnS均对钢轨有害,只有大尺寸的链状夹杂物会影响钢材性能.本文为更好的研究MnS夹杂的三维形貌,从而发现不同尺寸和类型夹杂物的析出规律,故采用无水电解法进行实验.通过传统检测手段和三维观测对比发现,无水电解法相较于普通的夹杂物检测手段具有多种优点,可以更为清晰全面的分析MnS夹杂物的具体形貌,且其表征方法对夹杂物的研究有很大的意义.通过一系列实验发现越靠近铸坯中心夹杂物尺寸越大,且由球状逐渐发展成扁平状,对钢性能有不利影响.因此,控制MnS夹杂物应从适当提高冷速从而降低中心等轴晶率入手.

摘要： 华中科技大学快速制造中心的光学三维形貌测量技术，主要是基于视觉的多尺度三维测量理论与技术，其成果应用于航空航天、汽车制造、能源电力、生物医学、文创艺术、教育培训等众多领域。

摘要： 利用红外光对半导体材料的良好透射特性，提出了可同时工作于可见光和红外光波段的双波段白光干涉三维形貌测试系统。设计研制了Linnik结构干涉系统，对微器件进行了可见光波段的表面形貌重构和红外光波段的内部形貌透射测试，准确获得了微器件的三维形貌。横向分辨率1μm，纵向分辨率为百nm量级，扫描范围250μm。该方法突破了目前白光干涉仪的波长测试极限，在实现微器件表面形貌测试的同时，还可广泛应用于半导体封装器件内部形貌测试、在线工艺监控、高深宽比器件侧壁结构重构及键合界面质量评估等领域。

摘要： 为研究VC和Cr3C2对WC晶粒三维形貌及超细WC-Co硬质合金性能的影响,制备了WC-6.0wt Co、 WC-6wt Co-0.25wt VC、WC-6wt Co-0.25wt Cr3C2和WC-6wt Co-0.60wt Cr3C2超细硬质合金.使用SEM分析合金的微观结构及WC晶粒三维形貌,并检测了合金的抗弯强度和断裂韧性等性能.结果表明:不添加任何抑制剂的超细硬质合金中,WC晶粒呈多面棱柱状,少量异常长大的WC晶粒为薄片状;VC和Cr3C2均可抑制超细WC晶粒的非正常长大,添加Cr3C2和VC后,{01-10}棱柱面会优先生长,添加Cr3C2的合金中,WC晶粒三维形貌为三棱柱,添加VC的合金中,WC晶粒三维形貌为近三棱柱,并伴有大量锋利的台阶.增加Cr3C2的添加量会加剧WC晶粒的异向生长,WC晶粒棱角更尖锐.WC-6wt Co-0.60wt Cr3C2超细硬质合金中,WC晶粒生长完整,晶粒尺寸分布较窄,合金的抗弯强度和断裂韧性值高.添加VC的合金中,部分WC晶粒生长不充分,晶粒尺寸分布较宽,WC晶粒上有大量锋利的台阶,合金的抗弯强度及断裂韧性值较低,升高烧结温度到1450°C,WC晶粒上的台阶变少、变浅,合金的抗弯强度及断裂韧性值会提高.

摘要： 铸坯表层的大尺寸非金属夹杂物是引起冷轧薄板线性缺陷的主要原因.冷轧薄板钢种由于液相线高,连铸结晶器弯月面的“钩状”坯壳相对发达,较易捕获上浮的夹杂物、气泡或保护渣,因此研究铸坯钩状坯壳特征有利于找出其影响因素,减少轧板表面缺陷.本文利用一种特殊腐蚀液侵蚀得到冷轧薄板钢铸坯全周长方向的钩状坯壳特征,发现铸坯宽度方向钩状坯壳在边部和中心处较深,窄面钩状坯壳在铸坯边部较深.通过逐层腐蚀方法得到铸坯角部钩状坯壳的三维形貌,研究发现拉速越大,铸坯宽面、窄面和角部的钩状坯壳均变浅,其捕获夹杂物能力也变弱.此外,铸坯表层0.5mm处大于150μm的夹杂物/气泡较易聚集在钩状坯壳处.因此,高拉速连铸有利于降低被钩状坯壳捕获的夹杂物数量.

摘要： 将双目测量装置应用到材料拉伸过程中，在传统立体测量基础上改进了标定和匹配方法，使得仅采用若干标定点即能快速精确标定，利用小夹角情况下形状改变因子可以忽略的特点提高了匹配速度，从而快速且精确的重建了变形表面三维形貌；利用单侧相机测量位移场和应变场，进而得到最大拉伸应变和最大应变点拉伸应变率随时间的变化曲线。

摘要： 管道变形在管道运行过程中是一种常见的缺陷,其相对变形深度和椭圆化变形率直接影响着管理者的决策,因此检测精度至重要.而三维激光扫描技术的高精度、适用性强、抗外界干扰、操作方便等优点,恰好可以应用到变形管道检测领域.因此,本文介绍了三维激光扫描技术在变形管道检测中的具体方法,并通过实际工程与传统工具检测、内变形器检测对比验证,结果表明:该方法明显提高了相对变形深度和椭圆化变形率的检测精度.

摘要： 管道变形在管道运行过程中是一种常见的缺陷,其相对变形深度和椭圆化变形率直接影响着管理者的决策,因此检测精度至重要.而三维激光扫描技术的高精度、适用性强、抗外界干扰、操作方便等优点,恰好可以应用到变形管道检测领域.因此,本文介绍了三维激光扫描技术在变形管道检测中的具体方法,并通过实际工程与传统工具检测、内变形器检测对比验证,结果表明:该方法明显提高了相对变形深度和椭圆化变形率的检测精度.

摘要： 管道变形在管道运行过程中是一种常见的缺陷,其相对变形深度和椭圆化变形率直接影响着管理者的决策,因此检测精度至重要.而三维激光扫描技术的高精度、适用性强、抗外界干扰、操作方便等优点,恰好可以应用到变形管道检测领域.因此,本文介绍了三维激光扫描技术在变形管道检测中的具体方法,并通过实际工程与传统工具检测、内变形器检测对比验证,结果表明:该方法明显提高了相对变形深度和椭圆化变形率的检测精度.

摘要： 本发明公开了一种基于光片显微镜的三维表面形貌仪及三维图像拼接方法，包括照明模块和成像模块；所述照明模块包括光源，光学准直器和柱形透镜依次沿同一光轴设置，所述的成像模块包括显微镜物镜，镜筒透镜和相机依次沿同一光轴设置，所述成像模块的光轴与照明模块的光轴的夹角为90度。本发明采用光片扫描的方式测量表面形貌，其扫描成片状扫描，非逐点扫描测量，有效提高测量速度。

摘要： 一种多尺度三维频域变换的颗粒物三维形貌重建方法。步骤如下：将微米级待测颗粒物不同景深的图像序列作为一个完整的三维数据；对该三维数据通过非降采样金字塔滤波器组得到多个尺度的高频分解系数；将各尺度高频分解系数进行傅里叶变换得到频域变换结果；将得到的频域变换结果与窗口函数进行内积操作得到多个方向的频域系数；将多个方向的频域系数进行傅里叶反变换得到图像序列的多尺度三维频域变换系数；将多尺度三维频域变换系数映射为不同尺度与方向深度结果；选择同一尺度下不同方向深度结果的最大值作为当前尺度的深度结果；选择所有尺度深度结果中熵值最小的深度图像作为待测颗粒物最终的三维形貌重建结果。本发明能够实现微米级颗粒物的三维形貌精确重建。

摘要： 本发明涉及一种基于光栅投影三维成像的多光谱三维形貌测量方法及装置，属于无损检测技术领域。本发明装置主要包括信号处理器、光谱分析仪、多光谱图像采集仪、多光谱投影仪。本发明方法可以在测量表面颜色、材质不均匀的物体时自适应性调节装置所工作的光谱波段，针对所测量物体不同区域光谱发射率不同的情况自动规划待测量光谱集，并通过多光谱图像数据融合的方法提高测量的整体精度，而且测量速度快，测得点云密集，点云泊松重构得到的物体表面三维形貌细节丰富。本发明大幅提高了光学三维形貌测量技术对测量环境的适应性，可以应用于材料的健康检测系统中。

摘要： 本发明公开了一种激光三维形貌测试装置及其物面三维信息的获取方法。该装置包括激光测距传感器、二维扫描振镜和分析处理计算机，由激光光源、测距控制电路和传输电路组成激光测距传感器，结合由反射镜片、驱动电路、伺服电机组成的二维扫描振镜，在计算机的控制下实现自动高速获取物面形貌信息的功能。激光测距传感器和二维扫描振镜都连接至计算机，激光测距传感器在计算机指令的作用下发射激光，通过收发时差计算出距离值并传输给计算机；二维扫描振镜在偏转指令的作用下改变两路输出电压的大小驱动伺服电机偏转，两路伺服电机分别带动其轴端激光反射镜偏转，从而改变激光的收发光路，实现物面扫描。本发明方案具有非接触、数据采样率高、高分辨率、高精度等特点，系统的更新和升级非常方便。

摘要： 一种流体三维速度场与流体中变形体三维形貌的同步测量装置，包括大功率可控脉冲LED光源(1)，脉冲同步器(2)，帧曝光式数字相机(3)，大景深镜头(4)和相机支架(5)，使用大景深镜头(4)和多台相机同时从多个角度拍摄流场中同一区域的示踪粒子和变形体(6)的清晰图像，在各相机每次曝光的时间内大功率可控脉冲LED光源(1)闪光2次，每次闪光时刻的粒子成像都会叠加到该次曝光图像里最终构成单帧双曝光图像。依靠各图像上LED光源两次闪光时示踪粒子像点的色彩信息和多视角图像之间的关系可同时计算出流体三维速度场及变形体三维形貌。本发明对低流速的三维复杂流场和流固耦合现象的全场测量优势显著。

摘要： 本发明公开了一种基于三维点云数据的骨料三维形貌球谐重构方法，包括步骤：提取骨料颗粒三维点云坐标；表面参数化，将骨料三维点云数据由笛卡尔坐标系转换为球坐标系，根据高斯正交点取极角与方位角的正则增量，应用角度逼近算法得到重构点半径；基于勒让德多项式结合递归算法计算重构点球函数，并运用球函数求解球谐系数；运用球谐系数及球面上的广义傅里叶级数求和获取反应骨料真实形貌的曲面函数，并将重构形貌可视化处理。本发明将骨料颗粒三维点云数据转换为球谐系数描述，极大方便了骨料颗粒球形度、棱角度等表面形貌参数的求取；同时将三维点云数据的存储方式转换为球谐系数的存储方式，其存储量压缩率可达1％，节约了大量的存储空间。

摘要： 一种多尺度三维频域变换的颗粒物三维形貌重建方法。步骤如下：将微米级待测颗粒物不同景深的图像序列作为一个完整的三维数据；对该三维数据通过非降采样金字塔滤波器组得到多个尺度的高频分解系数；将各尺度高频分解系数进行傅里叶变换得到频域变换结果；将得到的频域变换结果与窗口函数进行内积操作得到多个方向的频域系数；将多个方向的频域系数进行傅里叶反变换得到图像序列的多尺度三维频域变换系数；将多尺度三维频域变换系数映射为不同尺度与方向深度结果；选择同一尺度下不同方向深度结果的最大值作为当前尺度的深度结果；选择所有尺度深度结果中熵值最小的深度图像作为待测颗粒物最终的三维形貌重建结果。本发明能够实现微米级颗粒物的三维形貌精确重建。

摘要： 本发明涉及一种基于光栅投影三维成像的多光谱三维形貌测量方法及装置，属于无损检测技术领域。本发明装置主要包括信号处理器、光谱分析仪、多光谱图像采集仪、多光谱投影仪。本发明方法可以在测量表面颜色、材质不均匀的物体时自适应性调节装置所工作的光谱波段，针对所测量物体不同区域光谱发射率不同的情况自动规划待测量光谱集，并通过多光谱图像数据融合的方法提高测量的整体精度，而且测量速度快，测得点云密集，点云泊松重构得到的物体表面三维形貌细节丰富。本发明大幅提高了光学三维形貌测量技术对测量环境的适应性，可以应用于材料的健康检测系统中。

摘要： 本发明提供一种用于获取物体表面三维形貌的无线手持式三维扫描设备，包括一组用于分析图像数据和控制前端设备状态的移动处理平台，该处理平台分别与图案投射装置，图像传感设备，数据发送模块，移动电源模块连接，实现图像数据到目标检测结果压缩数据的检测输出，实现设备状态探测，实现与上位机的数据和命令交流。本设备具有更高的扫描分辨率和扫描速度，使用处理后的数据，配合数据压缩，突破原有限制，可以实现更高分辨率，更高速度的扫描。

摘要： 本实用新型提供一种用于获取物体表面三维形貌的无线手持式三维扫描设备，包括一组用于分析图像数据和控制前端设备状态的移动处理平台，该处理平台分别与图案投射装置，图像传感设备，数据发送模块，移动电源模块连接，实现图像数据到目标检测结果压缩数据的检测输出，实现设备状态探测，实现与上位机的数据和命令交流。本设备具有更高的扫描分辨率和扫描速度，使用处理后的数据，配合数据压缩，突破原有限制，可以实现更高分辨率，更高速度的扫描。