阴影莫尔测量装置及其调整技术的研究

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1、１密级公开分类号ＴＧ８８＇ＡＮＸＩＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕士学位论文题目：阴影莫尔测量装置及其调整技术的研究作者：颜菁菁指导教师：王建华教授杜虎兵副教授申请学位学科：机械设计及理论２０１８年５月６日阴影莫尔测量装置及其调整技术的研究学科：机械设计及理论研究生签字：指导教师签字：摘要光学3D传感技术，因具有非接触、分辨率高等一系列优点而在测量领域获得广泛使用。随着新工艺对测量方法要求的提高，传统的相移阴影莫尔轮廓术由于存在着对相移精度要求高、标定过程麻烦、应用不

2、灵活等一系列问题，已无法适应现代制造工艺中高速、高精度的测量要求。因此建立一种快速莫尔测量法具有很大的现实意义和理论价值。本文对相移阴影莫尔法进行了深入研究，主要完成了以下工作：(1)分析阴影莫尔测量结构中关键参数与条纹对比度及测量误差间的关系，设计合理的结构参数，包括相机、光栅等的选择以及各部件之间位置关系的确定等，完成测量系统平台的搭建；应用LabVIEW平台编写数据采集系统的控制程序，开发Windows环境下具有友好界面、实现相移阴影莫尔测量装置中图像采集、元件控制、CCD参数设置等模块的集成控制。(2)分析了相移与测量灵敏度间的关系，提

3、出一种基于三帧条纹图的实时测量灵敏度标定技术，实现了测量灵敏度的快速标定，进而实现了测量系统参数的高精度定位。(3)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术。将此方法和经典的GS方法进行MATLAB仿真模拟，模拟解调结果表明两种方法具有等同性，从理论层面上说明了所提方法的正确性；并以五步Harlharan算法作为参考，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法，提出的方法测量得到的相位误差最小，且简化了测量过程。(4)发展了一种基于反正切函数的两帧相移提取算法。并用MATLAB进行仿真

4、，将其与几种典型算法比较，结果表明：由于使用了反正切函数解算相移，提出的方法对非正弦条纹图不敏感，具有求解可靠，应用容易的特点。本文建立的快速莫尔测量法不仅实现了相移阴影莫尔测量中多模块的集成控制及其系统参数的高精度定位，而且有效解决了现有相移相位提取技术在高度测量场合受到限制的问题及现有随机相移提取算法对非正弦条纹图存在着计算不稳定的问题，具有重要的现实意义与理论价值。关键词：光学三维测量；阴影莫尔轮廓术；相移；标定；LabVIEWResearchonShadowMoireMeasuringDeviceandItsAdjustmentTech

5、nologyDiscipline:MechanicalDesignandTheoryStudentSignature:SupervisorSignature:AbstractOptical3Dsensingiswidelyusedinthemeasurementfieldduetoaseriesofadvantagesofnon-contactandhighresolution.Withtheimprovementofmeasurementrequirements,thetraditionalphase-shiftshadowMoiréprof

6、ilometryhasbeenunabletomeettheneedsofhigh-speedandhigh-precisionmeasurementinmodernmanufacturingprocessduetoitshighrequirementsonphase-shiftaccuracy,cumbersomecalibrationprocessandinflexibleapplication.Therefore,itisofgreatpracticalandtheoreticalvaluetoestablisharapidmoireme

7、asurementmethod.Inthispaper,thephaseshiftingshadowMoiremethodisstudiedindepth,andthefollowingtasksaremainlyaccomplished:(1)Thepaperanalyzestherelationshipbetweenthekeyparametersofshadowmoiremeasurementstructureandthecontrastofstripesandmeasurementerrors,designsreasonablestru

8、cturalparameters,includingtheselectionofcamera,gratingandthedeterminationof