基于复合正交双频光栅的傅里叶变换轮廓术

论文摘要

光学三维测量技术因其具有快速、非接触、高精度等特点,在机器视觉、自动加工、工业在线检测、产品质量控制、实物仿形、生物医学等领域得到广泛的应用。傅里叶变换轮廓术作为光学三维测量的代表技术,自其诞生初始便得到研究者们的广泛关注。本文针对孤立突变物体的快速三维测量难题,从傅里叶变换轮廓术测量原理本质进行分析,提出了基于复合正交双频光栅的傅里叶变换轮廓术。通过计算机仿真实验和对孤立突变物体的测量,证明了该方法有效性。本论文的主要工作有:1、分析了测量系统的空间结构,完善了傅里叶变换轮廓术的测量原理,并提出了利用复合正交双频光栅代替传统水平双频光栅的测量方法。该方法采用相互垂直的光栅,可以在频域复用时避免频谱之间的混叠,选择较大的滤波窗口,提高测量的范围。2、提出了基于迭代方法的双频光栅相位展开算法。投射复合光栅可以在一帧条纹图中得到两套不同频率的光栅的测量结果,结合两组结果应用时间相位展开的思想来求解截断相位,能够实现每一点的独立展开,避免了误差的传播。应用该算法可以实现对孤立突变物体快速、准确的测量。3、在MATLAB平台上,对复合正交双频光栅傅里叶变换轮廓术进行了仿真实验。对比了几种不同的滤波窗口对于结果的影响,选取了合适的滤波窗口和参数,并采用本文所提出的算法模拟了对于孤立突变物体的测量,结果令人满意。4、搭建了测量系统,对实物进行了测量,所得结果误差在0.3mm以内,验证了理论的正确性。此外,分析了测量系统中存在的误差因素,并提出了一些相应的改进方法或想法。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 基于相位测量的典型方法
• 1.2.1 相位测量轮廓术
• 1.2.2 傅立叶变换轮廓术
• 1.3 傅里叶变换轮廓术的研究现状
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 基于复合正交双频光栅FTP的基本原理
• 2.1 测量系统的结构
• 2.2 水平双频光栅FTP的测量原理
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 频谱混叠问题
• 2.3 正交双频光栅FTP的测量原理
• 2.3.1 基本原理
• 2.3.2 频域滤波的优势
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于复合正交双频光栅FTP的仿真实验
• 3.1 滤波窗口的选择
• 3.1.1 三种滤波窗口
• 3.1.2 不同滤波窗口的模拟结果
• 3.2 相位展开算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 三维测量系统
• 4.1 系统构成
• 4.2 系统的标定
• 4.3 测量结果
• 第五章 实物测量结果与误差分析
• 5.1 测量应用实例
• 5.2 误差原因与分析
• 5.2.1 系统结构误差
• 5.2.2 测量装置误差
• 5.2.3 系统标定误差
• 5.2.4 相位展开算法
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集