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基于钠光干涉的透明体表面形貌测量系统的研究

作　者: 邵明珍
导　师: 徐建强
学　校: 山东大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 钠光干涉三维形貌压电陶瓷数控电源系统集成
分类号: TH744.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
引　用: 1次
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内容摘要

物体表面三维形貌测量是物理光学、实验力学、机械、电子、材料、形貌学、计算机以及数字图像处理等多学科相互交叉、紧密结合的一门新学科,在产品质量检测、加工自动化、CAD、机器视觉等领域具有十分重要的应用价值,深受当今学者们的关注。本文采用等厚干涉相移法,对透明体表面三维形貌测量中的部分问题进行了实验和探索,包括基于图像相似度的相移周期自动检测方法、相移器可重复性验证及改进、钠光干涉在三维形貌测量中的应用、压电陶瓷数控驱动电源的设计和制作、透明体表面三维形貌测量系统的软硬件实现和系统集成等几方面内容。经过努力,本文完成以下具体工作：1、提出了基于图像相似度的相移周期自动检测方法。在连续相移的过程中不间断采集干涉条纹图像,计算每幅图像与首幅图像的相似程度从而得到相似性曲线,分析该曲线就可以确定相移的周期。本实验对计算相似度的两种算法进行了仿真和比较,并确定信噪比算法优于相关性算法。2、验证了压电陶瓷相移器的可重复性并对其进行改进。本实验采用连续多次实验比较信噪比曲线的方法对压电陶瓷相移器的可重复性进行了验证,分析相移器可重复性差的原因,提出改进方案,最终使得压电陶瓷相移器的可重复性大大提高。3、提出了基于钠光等厚干涉的透明体三维形貌测量方法。使用钠光光源代替了传统的激光光源,可以有效避免激光散斑对测量结果的诸多影响。本实验对钠光光源和激光光源进行了简单比较,确定了钠光光源在本实验中的优势。4、设计并实现了一套透明体三维形貌测量系统。测量系统包括CCD、显微镜、光源、相移器、压电陶瓷驱动电源、上位机软件等。其中相移器和压电陶瓷数控驱动电源为笔者自行设计和制作,上位机软件采用C++语言开发,具有很强的可移植性和实用性。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-22
  1.1 常用三维形貌测量光学方法  14-19
    1.1.1 三角法  14
    1.1.2 莫尔条纹等高法  14-15
    1.1.3 条纹相位法  15-19
      1.1.3.1 变形条纹产生  15-17
        1.1.3.1.1 干涉条纹法  15-16
        1.1.3.1.2 投影栅线法  16-17
      1.1.3.2 相位解调方法  17-19
        1.1.3.2.1 相移法  17-18
        1.1.3.2.2 傅里叶变换法  18-19
      1.1.3.3 相位去包裹  19
  1.2 相移法目前研究热点  19-20
    1.2.1 相移器  19-20
    1.2.2 相位解调算法  20
    1.2.3 相位去包裹  20
  1.3 课题研究意义  20
  1.4 课题主要研究内容  20-21
  1.5 小结  21-22
第二章相移周期自动检测方法  22-34
  2.1 相关性算法  22-23
  2.2 信噪比算法  23-24
  2.3 仿真  24-30
    2.3.1 不同相移步长的仿真计算  25-28
    2.3.2 不同周期的仿真计算  28-30
  2.4 两种算法的比较  30-33
    2.4.1 仿真图像计算结果的对比  30-31
    2.4.2 实验图像计算结果的对比  31-33
  2.5 小结  33-34
第三章相移器可重复性的验证和改进  34-42
  3.1 验证相移器可重复性的实验方法和条件  34-35
  3.2 可重复性实验的数据分析  35-36
  3.3 相移器可重复性差的原因分析  36-38
  3.4 相移器的改进方案  38-39
  3.5 验证改进后相移器的可重复性  39-41
  3.6 小结  41-42
第四章钠光干涉与激光干涉的对比  42-51
  4.1 等厚干涉相移图像的采集  42-43
  4.2 相移周期的确定  43-45
  4.3 解相位  45-46
  4.4 相位去包裹  46-49
  4.5 三维重建  49-50
  4.6 小结  50-51
第五章测量系统的整体设计  51-67
  5.1 硬件系统  51-62
    5.1.1 样品固定夹具  51-52
    5.1.2 压电陶瓷  52-54
    5.1.3 压电陶瓷驱动电源  54-59
      5.1.3.1 压电陶瓷驱动电源的分类  54-56
        5.1.3.1.1 电压控制型  54-55
        5.1.3.1.2 电荷(流)控制型  55
        5.1.3.1.3 混合控制型  55-56
      5.1.3.2 压电陶瓷驱动电源的整体设计  56-57
      5.1.3.3 压电陶瓷驱动电源的核心电路  57-58
      5.1.3.4 压电陶瓷驱动电源的联机功能  58
      5.1.3.5 压电陶瓷驱动电源的实物照片  58-59
    5.1.4 CCD摄像机  59-61
    5.1.5 显微镜  61-62
  5.2 软件系统  62-66
    5.2.1 数据的自动采集模块  63-64
    5.2.2 数据的后续处理模块  64-66
  5.3 小结  66-67
第六章总结  67-69
  6.1 主要工作  67
  6.2 创新点  67-68
  6.3 前景展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

基于钠光干涉的透明体表面形貌测量系统的研究

内容摘要

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