基于条文反射术的高反射物体面形测量方法的研究

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1、学校代码：10406分类号：TP391.4学号：130085202002南昌航空大学硕硕硕士士士学学学位位位论论论文文文（专业学位研究生）基基于条文反射术的高反射物体面形基于于条文反射术的高反射物体面形测量方法的研究硕士研究生：张建成导师：伏燕军教授申请学位级别：硕士学科、专业：光学工程所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2016年6月7日授予学位单位：南昌航空大学Researchonthemethodofmeasuringthesurfaceshapeofhighreflectionobjectsbasedonfringereflecti

2、ontechniqueADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnOpticalEngineeringbyJianchengZhangUndertheSupervisionofProf.YanjunFuSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2016摘要随着现代制造业的高速发展，对工业产品的尺寸及质量的要求也越来越高，特别是类镜面及镜面等高反射物体。光学高反射产品在汽车生产

3、、航空科技、国防工业、医药科学方面发挥了举足轻重的作用。对高反射物体面形的高精度测量可以大大提高工业生产的生产效率，而传统的接触式测量方法和光学干涉法虽然测量精度比较高，但接触式测量方法测量时间较长，也有可能会破坏被测物体面形的表面，光学干涉法所测的面形范围一般较小。因此，高精度、非接触、大尺寸的高反射物体面形测量一直是国内外研究的热点。本文研究一种基于条纹反射术的高反射物体面形测量方法，该方法具有高精度、非接触、测量范围大等优点而得到广泛应用。本文在条纹反射术的基础上，创新性的提出采用二进制离焦条纹代替传统的正弦编码条纹，解决了CCD相机接

4、收的标准平面以及被测高反射物面的正弦条纹图像因为离焦而出现的模糊问题和LCD显示器自身的gamma效应。该方法的原理是利用LCD显示器投影水平和竖直方向上的二进制编码条纹到标准平面和被测高反物体上，CCD相机接收经标准平面和高反物体表面调制的变形条纹，通过条纹图像的解调和相位解缠来获取高反物体表面的连续相位信息，通过相位与梯度的对应关系，得到被测高反射物面的在x轴和y轴方向上的梯度信息，然后通过梯度数值积分方法来重建高反物体的面形。本文研究的内容主要包括：1.研究了基于条纹反射术的高反射物体测量原理，分析了物体表面相位信息与梯度之间的对应关系

5、，再由梯度获得高反物体三维信息，并搭建了基于条纹反射术的高反射物体面形测量系统。2.对测量系统进行标定，标定LCD显示器上每一个像素点到标准平面的距离d，以及CCD相机的内参和外参的标定，为恢复高精度的面形打下了基础。3.提出了一种改进的条纹反射测量方法，采用二进制的条纹代替传统的正弦条纹，由于CCD相机聚焦在被测物体表面，那么CCD相机接收的经被测高反射物体面形调制的变形条纹图像是模糊的。所以本文采用LCD显示器投影二进制编码条纹，通过适度的离焦，易于得到标准的正弦条纹像，获得精度更高的相位信息，提高了面形重建的精度。4.对具有高反性质标准

6、块和凹面镜进行了三维面形测量实验，实验结果表明改进的测量方法与传统方法相比，测量精度有一定的提高，为工业生产中的在线检测打下了坚实的基础。关键词：镜面面形测量，条纹反射术，二进制条纹离焦，波前重建，标定IAbstractWiththerapiddevelopmentofmodernmanufacturingindustry,therequirementsforthesizeandqualityofindustrialproductsarealsoincreasing,especiallyformirrorandmirror-objects.H

7、ighlyreflectiveopticalproductshaveplayedapivotalroleinautomobilemanufacturing,aerospacetechnology,defenseindustryandmedicalscience.High-precisionshapemeasurementcangreatlyimprovetheproductionefficiencyofindustrialproduction.Althoughwithhighmeasurementaccuracy,thetraditional

8、contactmeasurementmethodmaybetime-consuming,andcanalsodamagethesurfaceshapeoftheob