随机相移阴影莫尔法研究

相移阴影莫尔是一项成熟的物体表面三维轮廓测量技术,但是该技术的性能还有优化的空间。为了提高阴影莫尔技术的精度且不增加装置的复杂性,提出了一种随机相移阴影莫尔三维轮廓测量技术。所提方法采用立体视觉方法对阴影莫尔装置结构参数进行标定,运用3帧随机相移算法提取测量相位,从而极大地简化了现有阴影莫尔技术的测量过程。由于是基于随机相移思想,假定相邻帧条纹图间引入的相移不等且未知,因此所提方法可有效地降低相移器的应用要求。另外,所提方法在相位解调过程中不受背景光影响,且对条纹图非正弦光强分布不敏感,具有精度高、应用容易的特点。实验表明,所提方法精度高,速度快,优于现有的典型算法。     

自动的阴影莫尔轮廓术

把相移技术用于阴影莫尔条纵分析，从克服了传统的阴影莫尔轮廓术无法判断被测物体表面的凹凸以及测量精度低等缺点；介绍了产生相移的方法，并分析了相移误差，最后对实物进行了测量，给出了实验结果。     

大动态范围形变测量

本文对激光散斑物体轮廓及形变测量和相移轮廓测量原理进行类比,首次提出大动态范围物体三维轮廓及形变测量方法。该方法具有测量原理简单、系统操作简便、测量精度高、测量动态范围大等特点,形变测量范围从亚微米级到毫米级。另外本文还推导了基于减模式激光散斑物体轮廓及形变测量的相位值计算公式。     

莫尔条纹技术的三维测角方法研究

针对传统莫尔条纹技术在测量物体偏转角度中不能对多维角度变化进行测量的问题,采用了一种分区间设计的组合光栅方法,并结合光学自准直成像方法构建了一种新的实验系统装置,利用该系统通过测量莫尔条纹的变化实现了对被测量物体偏转角度的三维测量,对合作光学反射镜的偏转角度测量精度优于1”,绕轴转动测量精度优于2”。     

一种可用于离面位移测量的光路的优化设计

为了实现对复杂三维物体表面轮廓、小空间内物体的纵向位移或振动等测量，有必要研制高分辨力、非接触的光学检测系统。由于激光多普勒技术具有动态响应快、线性度好、非接触、测量精度高等特点而优先被用于复杂三维物体离面位移的测量。但是物体表面散射光的多普勒信号非常微弱，因此解决信号的强度、信噪比则是实现测量的关键。研究了激光多普勒技术及散射光相位的无规变化的统计规律，设计出一种空间分辨力很高的参考光路，将它用于固体离面位移测量效果很好，其相对误差为0．3％。     

非接触体积测量实验系统

将物体体积参量测量转变成气体压力测量，可以实现体积非接触测量．本文设计了非接触体积测量实验系统，并分析了系统测量的分辨率及精度．     

数字图像处理技术在等高莫尔法三维形貌测量中的应用

在阐述叠加莫尔方法测量物体三维形貌基本原理的基础上,导出正弦光栅照射法等高莫尔条纹检测的数学模型。并对实测三维物体的等高莫尔图进行了灰度均匀、图像增强、细化处理等一系列处理,得到了物体等高莫尔条纹的轮廓线。     

用动态莫尔轮廓法进行旋转物体的变形测量

本文提出用动态莫尔轮廓法来测量旋转物体的变形。文章首先用强度原理及光栅的付氏级数展开的方法对任意配置情况下的照射型莫尔轮廓法的光扬分布函数及轮廓线深度计算公式作了推导。并由一般推广到特殊,例举了几种特殊配置情况时的轮廓线深度计算公式及其性质。文章中介绍了适用于旋转体动态测量的“全景莫尔轮廓法”,简述了此方法的原理,计算及其误差分析。最后,文章对开槽锥体在旋转时动态变形测量实验的原理,装置及数据处理作了详细的叙述。为得到莫尔轮廓法的测量精度,还将结果和电涡流测振法所得的结果进行比较,两者很为接近,偏差小于±0.065毫米。     

一种新的光栅投影轮廓术

提出了一种新的光学全场轮廓术，它采用了一种可由计算机控制的，可变空间频率的莫尔条纹投影仪，利用不同空频的两次变精度测量，以适应待测物体形面的突然起。以以上理论基础以及一台具体实验装置的配合下，得到出了令人满意的测量结果。     

点光源下的Talbot效应在阴影叠栅中的应用

传统的阴影叠栅轮廓术的测量深度十分有限。根据点光源照明下Talbot自成像的空间分布规律,提出将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅三维轮廓测量的方法。推导点光源模型下阴影叠栅测量系统中相机接收到的光强随物体到光栅距离变化的数学表达式。数值模拟和实验表明,相对于传统的阴影叠栅轮廓术,利用Talbot效应会大大增加阴影叠栅轮廓术的测量深度。分别使用文中所提出的方法和传统的阴影叠栅轮廓术对同一物体表面进行测量,两次测量结果之差在±5μm内。说明将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅轮廓测量能够准确地反映物体表面的三维形貌。     

二帧变换光源阴影莫尔技术研究

为了快速测量物体表面三维轮廓,提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭,将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化,结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计,利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明,该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法,同时,由于消除了测量过程中必要的机械运动,只需要二帧条纹图进行相位解调,节约了测量时间.     

剪切散斑干涉技术及应用研究进展

剪切散斑干涉技术是一种非接触测量物体变形缺陷的光学无损测量方法,其通过计算物体变形前后的散斑图中的相位获取被测物的应变缺陷信息。近年来该技术在航空、航天等工业无损检测领域得到了广泛的应用。本文从系统关键技术、散斑图像处理技术两方面介绍了剪切散斑干涉技术的研究进展,详细论述了多种剪切装置实现大视角测量、空间载波实现动态测量、多种图像处理算法的一系列剪切散斑干涉技术;最后介绍了剪切散斑干涉技术的国内外应用进展,展望了剪切散斑干涉技术在动态测量、光滑表面测量及定量反算形变量等方面的发展趋势。     

基于线阵CCD的直线位移测量仪的研究

为实现精密测量移动物体的直线位移,解决现有直线测量技术中量程和精度无法兼顾的难题,克服现有测量技术复杂、加工难度大等缺点,提出一种新型无接触测量技术,用线性CCD连续采集128个像素点,测量移动物体的位置。在普通白炽光的照射下,背景色为白色,这时128个像素点的采集值基本相同。当黑色物体沿直线移动到镜头范围内时,128个像素点的采集值将会发生显著的变化,找到这些变化点,并用动态阈值算法计算出移动物体的位置。搭建了相应的测量系统,实验结果表明,系统的测量精度可达到0.5mm,具有精度高、成本低、易安装等优点。     

一种新的投影莫阿三维轮廓测试系统

基于投影莫阿原理,考虑到传统投影莫阿测试系统结构难以达到均匀光照,机械结构相移速度慢且重复精度低的缺点,设计出一种新的投影莫阿三维轮廓投影成像测试系统,利用计算机实时控制亮灭三个光源实现相移,大大提高了系统测试速度,相移重复精度好,采用垂直投影,双电荷耦合器件（CCD）倾斜成像机构,提高了光场的均匀性和可测物范围,该系统特点是测试速度快（全场测量：2s-8s),相移精度高,测量面积大（最大可为300mm*300mm),光强照明均匀,系统测量精度可达40um,详细分析系统关键技术,并给出具体实验结果,结果表明系统的设计原理是成功的,为大面积物体三维轮廓快速测量提供了一种有意义 的思路。     

正交柱面镜像散位移测量方法的研究

为了实现物体位移测量的高精度,无损伤和简单化,对柱面镜像散效应进行了研究,利用正交柱面镜像散效应实现物体的位移测量。根据高斯光线追迹的矩阵方法,建立正交柱面镜的矩阵光线传播模型,并利用Zemax进行仿真验证;给出了正交柱面镜像散位移测量系统的矩阵传播模型,并具体分析了系统的量程和分辨率;进行实验验证,在5.6 mm量程范围内,实现了精度为200 nm的移位测量。该方法为位移测量提供了一种新的非接触、高精度的光学测量方式。     

相移阴影莫尔基于迭代LSM拟合

相移阴影莫尔技术相位高度存在着非线性关系,无法在全场获得均匀相移,因而致使经典的相移算法不能得到精确解.对此,提出了一种基于最小方差迭代的相移阴影莫尔技术,该技术通过垂直光栅面等间距移动光栅来产生相移,但光栅移动距离可不采用固定值,所以相移过程灵活;使用在高度解调过程中确定的逐点相移增量来抽取精确的测量相位,实现了相移...     

用莫尔条纹高速摄影机测量地震期间高层建筑物的振动和形变

用高速摄影机或带有远摄镜头的录象机测量地震或刮台风期间建筑物的振动和形变是一种简单而廉价的方法。采用这种方法能获得二维信息。其办法是在建筑物表面画上网格状线条,然后通过另一块网格板把这张图象传递到摄影机,这样就会在底片上形成一种莫尔条纹。莫尔条纹形状的变化会给我们提供高度精确的振动和三维形变信息。文中还论述了胶片形变、空气波动等因素对测试精度的影响。     

玻璃微珠球度自动测试

将现代光学测试技术、计算机技术和光电子技术相结合, 研究了基于面阵CCD,成像物镜和微机的微小尺寸检测系统, 实现了二维尺寸的高精度、非接触、实时自动检测。系统结构简单, 易于操作, 对环境要求宽松。为实现二维尺寸的非接触自动检测, 需要获得被测工件的边缘轮廓参数。解决了非线性平滑、阈值确定和边缘提取等关键技术, 利用边缘轮廓跟踪的方法获取工件的边缘轮廓图像, 系统可精确地确定工件的边缘轮廓曲线。作为实例对微米级玻璃珠的球度进行了测试。该测试系统为非接触式测量, 克服了传统测试方法一些固有的缺点, 不会对工件造成永久性损伤。实验表明该系统测量范围大, 绝对精度达到3.0 μm, 重复性好。     

相移阴影莫尔条纹正交化解调技术

提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图,然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景,进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法,发展了一种相位解调方法,提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考,用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明,相对于典型的三步相移法和主量分析方法,提出的方法测量得到的相位误差最小(0.5rad),且简化了测量过程.     

用于数字条纹轮廓术的一种基于广义分析模型的后滤波方法

由于数字投影和采集系统的非线性失真,传统的方法通常需对采集到的条纹进行低通或带通滤波从而抑制高次谐波并获取基频分量。基于广义分析模型针对数字条纹轮廓术提出一种对测量后的物体形貌进行后滤波的算法,消除了非线性失真对测量结果所造成的影响并提高了数字条纹轮廓术的测量精度。论述了条纹轮廓术的原理和广义分析模型,分析推导出后滤波算法。仿真和实验结果表明,后滤波方法能够快速准确地实现基于数字投影的三维形貌重建。