线光在反射表面形貌测量中的关键技术研究

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1、西南科技大学研究生学位论文线光在反射表面形貌测量中的关键技术研究年级2013姓名王利申请学位级别硕士专业计算机应用技术指导教师陈念年副教授ClassifiedIndex:TP391.41U.D.C:004.8SouthwestUniversityOfScienceandTechnologyMasterDegreeThesisResearchonKeyTechniquesofLineLightinSpecularSurfaceShapeMeasurementGrade:2013Candidate:Wan

2、gLiAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpecialty:ComputerAppliedTechnologySupervisor:ChenNiannianJune2nd,2016独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。尽我所知，，除了文中特别加标注和致谢的地方外论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的一学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均

3、己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。．签名：曰期：仁４关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可Ｗ公布该论文的全部或部分内容，可Ｗ采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名导师签名；日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要表面形貌测量是产品质量控制的关键任务，直接决定产品的外观特征及使用性能。目前测量朗伯表面形貌的技术已

4、日趋成熟，但大多存在逐点测量速度慢、环境要求苛刻、测量范围小、计算量大、具有映射多义性、易出现测量盲区等缺点，难以用于反射表面的形貌测量。针对上述问题，对基于线光测量反射表面形貌的线激光三角法、横向剪切干涉法、同步偏振相移法进行了深入研究，主要研究成果如下：（1）将传统斜射式激光三角法扩展到反射表面形貌测量中，提出了一种高噪声背景下激光条纹亚像素中心提取的方法。线光投射至反射表面，被表面形貌调制并变形，变形光场被屏幕和CCD相机接收后形成激光条纹图像。采用高噪声背景下条纹亚像素中心提取的方法，计算出激

5、光条纹与参考平面条纹的中心偏移量，根据光源、被测表面、设备的三角几何关系，解调出变形光场蕴含的表面形貌信息。实验表明，条纹中心提取的好坏直接影响表面形貌测量的精度，线激光三角法测量反射表面形貌的误差约为±0.25mm。（2）针对线激光三角法测量误差大的问题，对MaríaFrade等的横向剪切干涉三维形貌仪进行改进，设计了不包含柱面镜和透镜、仅包含透镜的两种反射表面形貌测量方案，消除柱面镜和透镜联合使用引起的象散现象。利用Savart双折射晶体横向剪切展开线光，获得干涉条纹图像，采用傅里叶变换解析频率，

6、计算被测表面与设备传感器之间的距离，仅需一帧图像就可测量表面上一条轮廓线的形貌。实验表明，剪切干涉的自比较和共路共线特性增强了反射表面形貌测量的抗环境振动和干扰能力，测量精度优于30μm。（3）利用同步偏振相移技术，解决了傅里叶变换解析图像时测量精度受干涉信号离散、参数选取等因素限制的问题。在横向剪切干涉反射表面形貌测量中，于Savart晶体后加入由1/4波片和偏振片组成的偏振移相装置，用空间位置不同的CCD相机同时采集剪切干涉条纹图像，经四步相移和相位解包裹获得相位斜率后，测量出反射表面的形貌。实验

7、表明，由于剪切干涉抗环境干扰、相移抵消噪声及同步采集消除分时误差等优点，最终测量精度优于20μm，测量出的形貌结果及其变化趋势更接近真实值。关键词：反射表面形貌激光三角法条纹亚像素中心横向剪切干涉同步偏振相移西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractSurfaceshapemeasurementisthecrucialtaskforqualitycontrol,whichdirectlydeterminestheappearancecharacteristicsandperformance

8、ofproducts.ShapemeasurementtechniquesofLambertsurfacesaredifficulttobeusedformeasuringspecularsurfaces,becauseoftheirdisadvantagessuchasslowspeed,harshenvironmentalrequirements,smallmeasuringrange,largecomputationalquantity,mappi