基于傅里叶变换的三正弦码标尺定位算法研究

研究了三正弦码标尺应用于电子水准测量中实现标尺自动化读数的定位算法.在频域通过提取特征谱线位置计算物像比及视距,利用其相位进行几何定位并获取各码条等效宽度.求解像面上首码字中各周期码的相位值,根据其组合确定标尺粗读;通过几何定位得到视准线与首码字的相对距离,与粗读相结合得到标高读数.实验测量准确度满足实际需要,表明了该算法的可行性.     

基于正弦和三角波条纹投影的三维测量方法

在现有的针对复杂物体表面形貌的三维测量方法中, 为了完成绝对相位的测量, 通常需要处理至少6幅条纹图像, 限制了测量速度。提出了采用2幅正弦条纹和2幅三角波条纹图来获得物体三维形貌的方法。利用两步相移正弦条纹和两步相移三角条纹得到截断相位, 再利用两步相移三角波条纹得到条纹级次, 减少了投影条纹幅数, 提高测量速度。在得到条纹级次时, 计算三角波条纹强度调制和强度对比度, 与计算相位相比, 可以减少数据处理的时间, 进一步提高测量速度, 同时能减小物体表面反射率的影响, 提高了测量精度。测量最大高度为39 mm的阶梯状标准块, 得到的最大绝对误差和最大的RMS误差分别为0.045 mm和0.041 mm。验证了该方法的有效性和实用性, 在高速实时的复杂形貌三维测量中有广泛的应用前景。     

基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

基于点阵投影的彩色复合光栅傅里叶变换轮廓术

传统傅里叶变换轮廓术(FTP)采用单一频率条纹测量时存在着由于待测物体高度变化剧烈导致的相位展开困难。结合数字点阵和正弦条纹投影的复合编码三维数字成像方法能有效解决相位模糊和误差传播的问题,但在实际测量中需要分别采集点阵图像和正弦条纹图像,影响了测量的实时性。提出一种新型彩色复合光栅测量方法,实现了从一帧图像中分别得到点阵图像和正弦条纹图像,并以点阵图像为依据对正弦条纹图的截断相位进行展开。理论分析和实验结果表明,该方法适合于不连续物体的三维测量,同时抑制误差传播能力强,具有较高的测量效率。     

频率扫描干涉中基于DFT的相位测量

频率扫描干涉可以实现绝对距离测量,其中相位测量至关重要,其精度直接影响干涉测量的最终精度。从信号频域角度出发,提出了一种利用参考信号和测量信号离散傅里叶变换的相位测量方法。在对参考信号和测量信号采样前,分别对它们进行负向过零检测,当信号负向过零时才开始采样。对信号离散傅里叶变换后进行频谱分析,指出在信号采样前进行负向过零检测,可以消除信号频率值的相对偏差。根据理论分析,在LabVIEW中进行了建模仿真。结果表明:该方法具有精度高和抗噪声能力强等优点,在测量距离为10 m时,相位测量平均值与理论值相差2π,相对不确定度仅为0.105%。     

一种新的360°三维轮廓术

提出了运用相移技术的光刀投影式测量３６０°回转物体三维轮廓的新方法。该方法对投影光刀引入正弦分布光场,利用相移技术对光刀投影狭缝进行相位计算,可得出各点的包裹相位分布,然后再利用光刀投影测量原理得到的高度信息对相位进行去包裹处理,从而得到具有较高精度的相位测量结果。最后根据相位与物体高度的几何关系,得到物体的三维轮廓数据。文中详细介绍了这一技术的原理及实验结果     

基于二进制编码条纹的三维测量方法

提出一种二进制编码条纹代替正弦条纹的方法,以降低三维测量系统的非线性误差。首先,通过对传统正弦条纹一个周期内呈正弦变化的光强值进行二进制编码,将所有二进制编码的每一位分别组合生成二值条纹,投影到被测物体表面。然后,将采集到的多幅二值条纹进行叠加,生成正弦条纹。最后,结合四步相移技术,并使用互补格雷码辅助相位展开进行实验验证。实验结果表明,所提方法相比于传统四步相移方法可以有效降低非线性伽马效应导致的相位误差,提高测量精度。对直径为50.8140 mm的高精度标准球进行测量,所得的局部点云与拟合标准球的平均距离为0.0697 mm。     

基于相位映射的双目视觉缺失点云插补方法

利用单相机中已获得的可靠相位数据,提出一种双目视觉相位匹配中的视差孔洞数据插补方法。该方法在测量系统的标定阶段只需增加一个平面相位和高度数据作为参考,利用数据缺失区域周围有效像素点的三维点云,及相对于参考平面的相位和高度差建立隐式相位-高度映射关系,然后由单相机可靠相位数据实现孔洞区域的点云重建插补。对标准件进行缺失点云插补实验,重建精度为0.07 mm。对人脸面具和葫芦模型进行双目测量和孔洞插补实验,结果证明该方法可以很好地补全遮挡区域缺失的点云。     

对正负一级能量之比测量光栅参量方法的改进

提出利用同一波长的入射光在双面入射时两个能量之比的比值对光栅的参量进行测量,进一步提高准确度。首先从理论上比较正弦面形光栅在单一面入射及双面入射时各种衍射效率对光栅表面粗糙度的敏感程度;然后模拟测量出该正弦面型光栅在双面入射情况下的光栅参量;最后成功反演出体积相位全息光栅的三个参量,其测量结果为0.080μm,1.452μm,20.5μm准确度比单一入射面情况(0.080μm,1.451μm,20.1μm)时要高。同时该法继承了原来方法的无损伤、操作简便、可重复、易推广、成本低等优点。     

基于圆形条纹投影的相位测量轮廓术研究

编码的圆形正弦条纹在圆心具有零相位,该点可以作为后续相位计算和展开的参考。但是圆形条纹提供的载频相位具有非线性特点,当其用于三维面形测量时,如果圆心在物面上,获取物面高度信息的方法与投影单频直条纹的情况不同。研究基于圆形条纹投影的相移轮廓术,讨论了物面高度引起的图像点坐标的位移量和绝对相位的计算方法,并完成相应的误差分析。对3.5 mm平面测量误差的标准差为0.019 mm。计算机模拟和实验验证了该方法能直接得到离面物体的绝对相位,用于重建物体的三维面形。     

基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法

本文提出了一种基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法.系统采用两个带通滤波器产生两个具有一定波长差的单波长,用于产生合成波长.本方法结构简单,能量利用率高.与双频激光干涉仪在40 mm范围内的比对结果表明,该方法比对残差的标准差为91 nm.     

相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量研究

 为了克服一般绝对距离测量方法量程和精度不能同时满足的问题,提出一种相位激光测距与外差干涉相结合的绝对距离测量方案。该方案使用相位激光测距技术进行粗测,双纵模He-Ne激光器外差干涉测长技术进行精测,保证两者结合的单值性。建立测量系统,对方案的可行性进行了实验验证,并对影响系统稳定性的因素进行了分析。与双频激光干涉仪的比对结果表明：测量标准差优于1mm,可以满足一些大尺寸的测量精度要求。     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.     

平行光波阵面调制下的双频干涉条纹形貌测量

传统形貌测量多采用光栅投影,其投影条纹的非正弦性及条纹密度的限制将影响形貌测量的精度,为了实现高密度正弦条纹投影的可调性,采用平行光干涉投影形成明亮且对比度高的正弦条纹,避免条纹的正弦畸变。在平行光波阵面调制下,通过相控阵调节两光束交会角度得到所需的条纹频率,实现条纹投影的可调性,再将调制后双频应用到解包裹中提高解相精度。对比分析了单频和双频解包裹条件下,一个最大高度为35.80 mm物体形貌的恢复,其最高点恢复相对误差分别为2.7%、1.6%。实验结果表明该方法具有有效性与可行性,具有较高的精度。     

光学频率梳啁啾干涉实现绝对距离测量

本文提出一种基于光学频率梳的啁啾脉冲干涉绝对距离测量的方法.通过一对衍射光栅啁啾参考脉冲,分析参考脉冲和测量脉冲的干涉光谱,得到脉冲的中心频率偏移量,从而解算出被测距离.文中详细分析了脉冲啁啾原理和啁啾脉冲干涉测距原理,以及影响测距范围的因素并给出仿真.搭建了改进的Michelson干涉结构,实验得出测距范围受啁啾参数的影响,并与理论分析吻合;在地下长导轨上,进行大范围测距实验.实验结果表明当,在65 m范围内,测量结果与参考测距仪相比,测距精度为33μm,相对精度达到5.1×10~(-7).此外,根据理论分析,通过实验优化了实验装置的测量不确定度.     

A time-of-scan laser triangulation technique for distance measurements

This paper reports the development of an electro-optic device for relative distance measurement. The time-of-scan triangulation technique has been used as measurement principle and a rotating mirror employed as beam deflection system. A calibration technique is needed to calculate the geometrical parameters of the system. The device has an accuracy of 100 μm, a working distance of 20 cm and a range of 10 mm. The accuracy obtained depends on the instability of the rotation speed of the mechanical scanner that affects the measurement of the scanning time.     

激光调频连续波测距的精度评定方法研究

基于双光纤光路等光频重采样原理,提出了一种距离精度的评定方法.通过推导噪声背景下等光频重采样信号中距离参量的克拉美-罗下边界,得到了影响系统测距精度的两个重要因素:信噪比和扫描带宽,并进行了实验验证.实验表明,该评价方法并不会受到任何距离估算方法的影响,根据此方法可以选择一个最优的距离估算方法.通过对两个影响精度的因素进行仿真分析可知,在扫描带宽为2.2 nm时,若将测量光路的信噪比提升至70 dB以上,系统可获得低于10μm的测距精度.该精度评定方法可为后续改善调频连续波测距系统性能提供理论参考.     

单点金刚石车削加工切削距离的计算

讨论了大型金属反射镜在金刚石车削中,金刚石刀具的磨损对加工精度的影响;详细介绍了超精密加工中几种典型零件形状单点金刚石车削加工的切削距离计算方法,经计算在加工直径为1000mm的圆盘工件时,当刀具的进给量为2μm/r,切削距离达到近400km。通过计算为加工大型光学元件刀具磨损规律的研究提供分析基础。