结构光投影测量中物体不连续处误差分析

本文分析了基于结构光投影的不连续物体测量中CCD采样引入的相位误差,并提出了鉴别错误相位点的方法.在物体表面不连续处,由于CCD采样的影响相位测量将出现较大的误差.本文从相位、高度和等效波长的关系出发,将相位看作矢量辐角,发现在物体表面不连续区域处CCD的采样使得相位测量值与等效波长呈非线性关系,从而降低了测量精度,甚...     

采用LD的光源步进条纹投影三维测量系统

在采用LED的光源步进法三维测量系统中,由于LED发散角大,在短距离内就达到较大的条纹投影面积,造成系统工作距离短.另外大功率LED发光面尺寸大导致条纹对比度低,投影高亮度、高对比度的条纹困难.为解决上述问题,提出在光源步进法投影装置中采用激光二极管(LD)作为光源,实现高亮度、高对比度相移条纹投影.采用该投影装置与双目摄像机设计了便携、高速的三维测量系统.首先利用改进的傅里叶变换轮廓术获取变形条纹相位及调制强度;接着利用激光散斑的随机性,在调制强度图中实现双目图像的粗匹配;然后在粗匹配的基础上进行条纹相位展开,利用相位实现精匹配;最后获得待测物体三维形貌.利用设计的系统进行了实验验证.系统的测量体积为360 mm×290 mm×100 mm,采集的三维数据最多为1280×1024点.实现了100 f/s的三维形貌测量速度,对平面的测量标准偏差为0.19 mm,对5个间隔距离为1.00 mm的平面进行了测量,测量距离的平均误差为0.05 mm.     

十六步相移技术在弹痕条纹图分析中的应用

在三维弹痕测量系统中,为了获取较高的测量精度,为此本文提出一种采用十六步相移技术的条纹图处理算法。首先分析了物体三维形貌相位分布获取原理,然后对采集到的弹痕图像进行自适应维纳滤波,去除一部分系统噪声,再利用小波变换对原始图像进行3层sym4小波分解去噪,本系统在小波软阈值分析法的基础上,加入了3层的小波系数分解,同时结合十六步相移法进行相位主值的计算。实验结果表明,弹痕条纹图的位相值曲线更加平滑,原始图像条纹图位相高度偏差的最大值为1.631μm,在经过十六步相移技术处理后,位相主值最大偏差值仅为0.8674μm,对本系统的精度提高奠定了基础。     

非整数倍双频光栅投影的相位测量轮廓术

采用整数倍双频光栅投影的借助低频相位导向的双相位图成整数比例相位展开方法不可避免误差积累传递,由此提出了一种采用非整数倍双频光栅投影的新光学三维传感方法。非整数倍双频光栅条纹投影到物体上,两相位同时分别以特定相位间隔增长,CCD依次获取16帧变形条纹图,通过这16帧条纹图的强度,可有效地分离出两组受物体调制的对应频率变形条纹的截断相位。利用两组截断相位关系,进行绝对相位展开,避免相位展开中误差的传递,较好地重建了被测物体的轮廓。计算机模拟试验结果证实,该方法与采用整数倍双频光栅投影相比,测量高度为105mm的同一不规则物体时,标准偏差由0.821mm降低到0.760mm。     

基于条纹投影的复杂曲面测量技术

如何快速、高精度地测量复杂曲面的三维轮廓是目前的一个热点研究方向。与现有的测量方法相比,条纹投影轮廓测量技术具有非接触测量、测量速度快和重构点云密集等优点,在逆向工程等领域得到了广泛的应用。本文搭建了基于条纹投影轮廓测量技术的复杂曲面测量装置,并且对相位误差标定及补偿、投影仪精确标定、高阶系统模型简化以及有效点云快速识别等条纹投影轮廓测量的关键技术进行了深入地研究。最后使用该装置进行了叶片表面轮廓测量实验,实验结果表明,本文设计装置的测量偏差最大值不超过0.05 mm。     

一种两步相移任意步距相位轮廓测量技术研究

对传统相移轮廓测量技术进行研究,提出基于Gram-Schmidt正交化法的两步相移任意步距相位轮廓测量技术并应用到三维轮廓测量中。由CCD采集两幅投影光栅图,且两幅图像之间的相移值不需要事先给定,可以随机取任意值;在保证精度的前提下,该技术只需两幅变形光栅图,同时无需对相移器的相移精度作要求。实验表明:与现有的几种相移轮廓术比较,提出的两步相移任意步距相位轮廓测量技术可以快速地恢复待测相位,且获取待测物体的三维数据精度较高,具有较强的适用性。     

透镜主动光学的像差补偿性能

针对透射式投影物镜中由于不均匀照明产生的像散,提出了采用平面透镜作为主动光学元件以补偿像散的方法。本文对直径为Φ140mm,通光孔径为Φ120mm的平面透镜的支撑结构进行设计和有限元分析,分析了支撑结构的各个关键参数、镜片厚度和驱动力大小对面形的影响,得到了支撑结构的关键参数和驱动力对面形的影响规律为线性曲线,镜片厚度对面形的影响规律为指数下降曲线和不同驱动力导致的面形图。结果表明,本支撑结构在补偿像散时,面形补偿分辨率约为2nm,引入的高阶像差可以忽略,设计分析结果为投影物镜中主动光学镜片的选择和支撑结构的设计及实验提供依据。     

复合表面形貌测量中通道串扰和色差消除方法

为实现漫反射表面和镜面复合表面的快速测量，基于条纹投影和条纹反射的复合表面测量系统通过相机的多颜色通道快速获得绝对相位。针对复合表面形貌测量中相机、投影仪、显示屏所引入颜色通道间的串扰和色差，研究了基于矩阵的串扰消除方法和绝对相位对应像素偏差的色差消除方法。基于串扰矩阵，分别建立投影仪和显示屏的串扰矩阵，完成颜色通道间的串扰消除。通过彩色正交条纹获得各颜色通道水平和竖直方向的绝对相位，建立颜色通道间相位差和像素偏差之间的关系，实现每一像素点的像素偏差校正，消除色差的影响。实验结果证明，所提色差和串扰消除方法使复合台阶的测量均方根误差从0.479 mm降至0.030 mm，提高了测量效率和测量精度。     

基于相位映射的结构光相位误差补偿方法研究

为减小结构光投影视觉测量系统中相位失真对测量结果的影响,基于最小二乘法和线性插值方法,建立实际光栅相位与理想光栅相位映射关系,并以此关系对投影条纹的相位误差进行校正。在校正过程中,为满足线性插值的单调性、有效性和唯一性,对所采集到的相位进行线性拉伸变换,使其覆盖全部投射相位值,并引入微调函数使其形成单调变化的相位序列。为验证该方法的有效性,搭建由摄像机、投影仪组成的光栅投影结构光三维测量系统。实验结果表明:该方法能够对投影仪生成的光栅条纹的非正弦畸变进行补偿和校正,并最终给出合理的相位测量结果。该方法简单可行,可用于实际结构光测量系统的校正。     

热金属表面多喷嘴风冷过程气-固耦合传热模拟

目的 获得多喷嘴风冷过程的界面换热系数,并研究风冷工艺参数对界面换热的影响规律.方法 基于Fluent软件对三喷嘴强制风冷传热过程进行"气-固"耦合分析,获得高压气流的流速场和钢板表面温度场.基于"气-固"耦合分析得到钢板表面平均温度曲线,利用自开发的反传热软件计算得到"气-固"耦合界面换热系数,并将界面换热系数以第三类边界条件施加在钢板表面进行瞬态传热分析.结果 对于直径为4 mm的喷嘴,当喷嘴间距为10～16 mm时,喷嘴间距对高压气体的流速场影响较大,气流的卷吸效应随着喷嘴距离的增大而增强;喷嘴间距对界面换热系数影响较小,喷嘴至钢板表面的距离对界面换热系数影响较大;随着喷嘴至钢板表面距离的增大,各股气流逐渐汇合为一股,各股气流的滞止区也逐渐汇合,钢板表面温度更加均匀;将界面换热系数以第三类边界条件施加在钢板表面进行瞬态传热分析,得到的钢板表面温度与"气-固"耦合分析得到的钢板表面平均温度曲线吻合得较好.结论 获得的界面换热系数可为多喷嘴风冷过程数值模拟提供可靠的数据,保证温度场的求解精度.