投影栅相位法轮廓测量的非线性误差分析

分析了投影栅相位法三维轮廓测量系统的非线性误差。建立了几何光学模型,从理论上推导出被测点的相对高度与像点坐标的关系,研究了系统结构参数改变引起的高度误差的变化。详细阐述了像点坐标误差和系统非线性误差对系统精度的影响,并给出了高度误差补偿方法。据此提出修正的非线性高度拟合公式,实验结果证明新拟合公式的优越性。     

现场条件下大空间三维精密定位原理与方法

提出了一种在现场条件下实现十几米空间范围内点三维坐标精密测量方法,该方法同时解决了大尺寸物体表面三维形貌测量中单元数据拼接精度低的问题.在空间待测点处设置可视特征,称为全局控制点,利用近景摄影测量手段获取被测信息,通过高精度图像处理技术、全局控制点自动精确配准技术和基于光束交汇的光束平差技术,恢复全局控制点的三维信息.实验结果表明,该方法在使用普通数码像机的情况下实现相对测量精度0.073%.且具有操作灵活自由、测量速度快、自动化程度高和测量精度高的优点.     

基于传像束的小视场双目结构光三维形貌恢复

提出基于传像束传像和双目结构光相结合的三维测量系统,实现对无法直接成像场景,如爆轰、冲击等环境下的小视场物体三维面形测量.测量时,结构光直接投影到待测物体表面,变形条纹图像首先被成像到传像束前端面,再被传递到传像束后端面,并最终被成像到相机像平面,再由三频相位展开技术计算出对应相位分布后,即可根据双目匹配计算出待测物体...     

集成成像大纵深物体的三维形貌获取技术

为了满足现代工业所需的大纵深物体的三维形貌获取需求,解决传统结构光三维形貌获取技术纵深较小的问题, 借助集成成像这种阵列式多视点获取技术,构建了基于集成成像的大纵深物体的三维形貌获取技术。从集成成像原理出发,分析了集成成像三维物点和同名像点之间的关系,得到集成成像光学获取系统参数和三维物体纵深极限之间的关系。在此基础上,利用相机和电动平移台构建了扫描式相机集成成像三维形貌获取系统,并对纵深从600 mm到3 600 mm相对独立的2个物体构建的大纵深三维物体进行了形貌获取。光学实验结果显示,该集成成像大纵深物体三维形貌获取技术能够单次获取纵深为3 600 mm的三维物体的三维形貌,为大纵深物体的三维形貌获取提供了技术支持。     

基于光学三维形貌数字重建的不规则表面的参数测量

针对不规则形状物体表面参数测量困难的问题,提出了一种利用光学三维形貌数字重建技术来获取待测物体表面三维数字信息的方法。首先利用傅里叶变换得到反映三维物体表面高度的相位数据,在计算机中重建三维待测物体,然后再利用Matlab软件编写面向用户的人机交互界面,通过计算机鼠标指定待测量的表面区域,最后运用Matlab软件对鼠标所指定区域的三维数字信息进行处理,根据几何关系计算出指定区域的表面积、两点间的曲线长度等参数,实现人机交互式的非接触测量。     

水中物体的光学三维形貌测量的研究

提出了一种对水中物体进行光学投影式表面三维形貌测量的新方法。通常的测量方法都是假设摄像机和被测物体都处于空气中,测量水中物体时,由于光在空气、水分界面上发生折射,投射到被测表面的光条纹图像发生扭曲,从而给三角测量法带来误差。新方法可以精确测量出水中被测物表面的三维坐标并计算出物体的几何尺寸,实验验证了该方法的有效性。考虑折射后,该测量类似于在空气环境中的测量。采用的极线约束及亚像素技术,提高了测量精度和速度。     

涡旋光的干涉特性及其在变形测量中的应用

将涡旋光应用于电子散斑干涉,测量变形物体的离面位移.把传统的电子散斑干涉测量技术与液晶空间光调制器相结合,将所获得的涡旋光作为参考光或者物光进行变形测量.推导出物光为平面光、参考光为涡旋光,和参考光、物光均为涡旋光时物体变形后的干涉强度公式,模拟计算了变形后的干涉图样,分析了变形图样的特征.运用四步相移方法得到了物体的变形相位公式,通过解包裹得到了物体的变形相位.模拟计算得到的三维相位分布图与物体离面位移的变形相位理论值的三维分布图相吻合.模拟实验结果表明,涡旋光可以应用于物体的变形测量,为变形测量提供新的途径.     

栅式电涡流传感器在桥梁挠度测量中的应用

根据桥梁变形的特点提出了一种三点测量法的梁体挠度测量新方法,在沿着桥梁轴线方向上等间隔选取测量点,令每3个相邻的测点为一个测量单元,通过安装在这些测量单元中的栅式电涡流位移传感器可测量得到该单元中间测点相对于两个端点连线的相对挠度,而后可根据这些相对挠度计算出每个测点绝对挠度值;为了验证该方法的有效性,通过在简支梁模型上进行的一系列静态、动态挠度测量实验证明了该方法准确、稳定可靠。     

基于相位追踪的水中物体三维面形测量

提出一种基于相位追踪和光线迫迹算法测量水中物体三维形貌的新方法.该方法利用正弦面结构光来记录物体的三维面形数据,首先由投影仪投出止弦条纹图来调制淹没于水中物体的三维信息,摄像机拍摄获得物体表面的变形条纹图,然后利用相位追踪算法确定投影条纹和变形条纹之间的对应点,最后对相应的匹配点对进行光线追迹计算后,可以恢复出物体的三维形貌.由于使用面结构光进行测量,无需移动装置来实现对物体的一维或二维全场扫描,这样既节约了经济成本又缩短了测量时间.利用该方法进行了实际测量,得到了较好的重建结果,证明了本方法的正确性和可行性.     

一种基于结构光条纹投影的微小物体测量系统

为了通过结构光投影的方法测量微小物体,构建了一套微小物体三维形貌测量系统,视场范围可达1.8 cm×1.6 cm。这套测量系统利用了Light Crafter 4500数字投影组件的高速投影、立体显微镜的低畸变缩放、远心镜头的大景深与低畸变成像的特性。先利用立体显微镜对Light Crafter 4500投影的相移条纹图进行低畸变缩小,再投影到待测物体表面,采用配有远心镜头的相机同步记录受到物体表面形貌调制而发生形变的条纹,利用三步相移法计算出条纹对应的截断相位图,再根据可靠路径跟踪相位展开算法求取连续的相位分布,重建被测物体的三维表面形貌。实验成功重建了以BGA芯片为代表的微小物体表面三维形貌。实验结果表明,系统测量精度达到11 μm,系统的有效深度测量范围为700 μm。     

双频激光回馈位移测量研究

提出了一种基于双频激光回馈效应的位移测量系统，并在理论和实验两方面进行了研究.实验中对激光器输出功率变化进行了探测，同时对两正交偏振光的光强变化进行了探测.研究发现当被测物体移动时，激光器输出功率受到调制，物体每移动半个光波长时，回馈信号为调制深度相等的两峰，系统分辨率提高了一倍，达到四分之一光波长.当物体运动方向改变时，两正交偏振光的光强变化顺序也随之改变，可以实现物体位移方向的判断.理论分析及模拟结果与实验结果相符合.研究表明该位移传感系统具有结构简单、分辨率高、可判向、测量范围大、可工作于强回馈区等优点. 关键词： 激光回馈 位移传感 自混合干涉 双频激光器     

电子散斑干涉条纹信号实时处理系统的研究

本文给出一种电子散斑干涉条纹信号实时处理系统的实现方案;详细分析了物体变形前后信号延迟对相关性的影响;并导出条纹信号频率范围与离面位移的关系式及散斑背景噪音最低频率估算式,从获取低背景噪音条纹图角度给出光学系统优化设计的依据;最后给出实验结果．     

Digital ultrasonic speckle phase-shifting method

The digital ultrasonic speckle phase-shifting method (USPM), which is introduced in this paper, can be applied to the measurement of small displacement that is smaller than speckle size at the test point compared to traditional ultrasonic speckle correlation method (USCM). Using USPM, a digital ultrasonic reference signal is introduced to interfere with the ultrasonic speckle signal, which is picked up at the test point on an object surface and is referred to as the object signal. As the phase of the reference signal is shifted several times using the software and then they superimpose with the object signal respectively, the phase of the object signal can be calculated according to the intensities of the superimposed signals. If the object surface moves a small distance, the phase variation of the object speckle can be detected by the same process. As a result, the displacement of the object surface can be measured. Based on the feature of ultrasonic speckles, inner surface displacement of an object can be measured using this proposed method. In this case, the effect of outer surface roughness to the measurement accuracy of USPM is examined experimentally. The experimental results show that the measurement is successful when the displacement is smaller than half of the speckle size at the test point and the roughness parameter R_a of the outer surface of the specimen is less than about 5.47 μm.     

一种用于辉光放电光谱深度分析的激光实时测量新方法

辉光放电原子发射光谱仪可用于物质表面化学成分随深度分布的分析,在镀层分析、金属材料检验等领域有着广泛的应用。文章介绍了辉光深度分析的传统方法和局限性以及实时深度测量技术的近期研究,提出了一种用于辉光放电光谱深度分析的激光实时测量新方法。文章采用激光位移传感器和根据激光测量方法设计的辉光放电光源构成实时深度测量系统,详细阐述了系统的设计方案和技术原理。系统的设计结构能够实现在辉光光谱分析的同时进行激光实时溅射深度的测量。通过实验验证和分析了激光实时测量样品溅射深度过程中产生的光源位移现象。采用双激光器实时深度测量系统对锌合金标准样品进行了溅射深度的实时测量,给出了实时深度测量曲线。通过将溅射面测量曲线与参考面曲线进行叠加,得到了样品溅射坑深度的实际值,与Dektak8型表面形貌仪测量结果一致。     

超声散斑相移法测量技术

超声散斑相移法能满足工程建设中对水下物内层界面关键点位移进行测量的特殊要求。测量时,引入数字参考信号与物面测点上的散斑信号进行数字干涉,获得叠加信号强度。界面位移前后,应用软件逐步改变参考信号相位,可逐步改变叠加信号强度,根据这些信号强度值可计算出测点的位移量。应用此技术对水下试件内层表面的法线和切线方向上的位移进行了实测,测量结果与理论值有较好的吻合;研究表明打磨后的粗糙外层界面不影响应用相移法进行测量。在应用相移法测量时,不需声像转换,不需全场扫描,测量精度不受散斑尺寸限制。      

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％。     

连续微光学元件在光刻胶上的面形控制

介绍了连续微光学元件在光刻胶上的面形控制方法。分析了光刻胶及显影液在制人和二元和连续元件中所存在差别;导出具有倒易关系的浮雕深度表达式和适用的范围,并以此指导面形的控制,对光刻胶进行适当的发行以适应连续微光学元件的制作。本文还给出实验验证,制作了多种质量优良的微光学元件,并对典型元件的面形进行了评价。     

变光外差为电外差的双频激光探测

演示一种双频激光位移探测系统,阐述光载波激光雷达的概念。由单块非平面环形腔固体激光器和声光调制器产生100MHz载波频率的双频激光束,作为探测光束,经过光路收发系统,探测位于电动导轨上目标的位移变化,信号处理部分采用高速光电探测器响应后信号的电子外差解调方式,位移量的获得通过高频锁相放大器解算参考光束与信号光束的相位差并计算获得。通过双频激光把光学外差探测变为了电子外差探测,系统重复误差小于3%。系统在利用无线电雷达信号处理方式的同时,保留了激光探测的优点,位移测量系统具有良好的重复性。     

Modeling Rayleigh and Stoneley waves and other interface and boundary effects with the parabolic equation

An improved approach for handling boundaries, interfaces, and continuous depth dependence with the elastic parabolic equation is derived and benchmarked. The approach is applied to model the propagation of Rayleigh and Stoneley waves. Depending on the choice of dependent variables, the operator in the elastic wave equation may not factor or the treatment of interfaces may be difficult. These problems are resolved by using a formulation in terms of the vertical displacement and the range derivative of the horizontal displacement. These quantities are continuous across horizontal interfaces, which permits the use of Galerkin's method to discretize in depth. This implementation extends the capability of the elastic parabolic equation to handle arbitrary depth dependence and should lead to improvements for range-dependent problems.     

The variation of defect damage with depth in molybdenum irradiated with 2MeV nitrogen ions

Transmission electron microscopy has been used to examine the damage produced in specimens of high purity molybdenum following irradiation with 2 MeV nitrogen ions in the Van de Graaff accelerator. A simple electropolishing technique was developed to allow the defect damage to be examined at different depths on a single specimen. Some results are presented here for specimens irradiated in the range 600–800°C, together with theoretical predictions of the nitrogen range and the variation of displacement damage with range, The experimental results show that the defect damage to the lattice results in a structure of dislocation loops, interstitial in nature, whose size drops with distance from the bombarded surface and whose concentration increases. Nevertheless the retained defect damage, measured by integrated loop area, agrees reasonably with the theoretical variation of displacement damage with range while the increase in loop concentration with depth coincides with the variation in ratio of nitrogen concentration to displacement damage. This latter result agrees with the hypothesis that the nucleation of damage is controlled to a large extent by the ratio of impurity atoms to displaced atoms.