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基于投影栅法的几何量测量技术

作　者: 吕宏申
导　师: 孙平
学　校: 山东师范大学
专　业: 光学
关键词: 投影栅法距离测量面形测量平面度测量定距测量光学三角法频谱扫描法
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

投影栅线法具有图像质量高、实验操作方便、抗干扰能力强、测量精度高、计算速度快等优点，广泛应用于现代光测实验力学领域。近年来，随着近代光学理论、微电子技术、信息技术和计算机技术的飞速发展和高性能器件的出现，为其提供了强劲的理论和物质基础，该技术在物体形态测量、大物体变形测量、回转体形貌测量、粗糙度测量等方面有新的应用。本文基于投影栅法的基本原理，进行几何量测量，测量的几何量包括物体的空间距离、平面度和面形。第一章中介绍了光学测量技术的发展，特别是投影栅技术的发展；介绍了投影正弦光栅法进行几何量测量的优点，给出了本文选题的背景、目的和意义。总述了本文的主要研究。第二章中介绍了首先光学距离测量的背景以及选择投影栅法确定物体空间位置的原因。然后提出了三种实现物体空间距离测量的方法：投影栅CCD定距测量方法、投影栅光学三角法和频谱扫描测量方法。文中分别介绍了三种确定物体空间位置方法的实验原理、实验过程和实验结果。实验结果表明，三种方法都能实现物体空间位置的快速、自动化识别，但也存在一定不足。最后对三种方法进行比较，得出投影栅频谱扫描与光学三角法相结合的确定物体空间位置的方法能实现非平面物体的空间距离测量，而且有实验操作简便、图像处理简单、速度快、自动化程度高等优点。第三章中首先介绍了物体面形测量方法的发展，分析各种物体面形的测量方法的优缺点。然后基于投影栅傅立叶变换物体面形测量的基本原理，提出了频谱扫描的物体面形测量方法。该方法比相移的物体面形测量方法数据量小、处理速度快，比傅立叶变换面形测量的方法计算量小，只需要一幅图像的一次傅立叶变换，实现了物体三维面形的自动、准确、快速的测量，而且该方法能实现物体的相对变形测量，因而具有更好的应用前景。第四章中首先介绍了物体平面度测量的原理和目前主要的测量方法。然后根据前文的研究结果，提出了两种实现物体平面度测量的方法：CCD定距测量线性拟合的方法和基于物体面形测量的方法。两种方法都只用一幅待测物面的图像，实现了物体表面的平面度测量。第五章中总结全文的主要内容，介绍了本文的主要工作、工作中的创新点以及研究中的不足之处。本文提出了三种确定物体空间位置的方法、一种实现物体面形测量的方法和两种实现物体平面度的方法。但是各种方法在实际测量的过程中存在一定的不足，需进一步改善。本文基于投影栅法的基本光路，提出了一个利用投影栅法实现物体几何量测量的测量系统，该系统同时实现了物体空间位置、物体的面形和物体的平面度测量。提出多种物体几何量测量的方法，实现了一个系统的多个功能，具有高效性。因此将在反求工程、计算机辅助设计、数控加工技术、工业快速成型、产品质量检测、人体测量、医学诊断以及建筑、桥梁隧道等大型基础设施检测等诸多领域具有较好的应用。但是研究中还存在很多不足，需要进一步研究和改善。

全文目录

中文摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-16
  1.1 引言  10-13
  1.2 本文的主要设计思路和内容  13-16
第二章基于投影栅法的距离测量技术  16-42
  2.1 引言  16-17
  2.2 投影栅 CCD 定距距离测量  17-26
    2.2.1 平面距离测量  17-20
    2.2.2 斜面距离测量  20-26
  2.3 投影栅三角法平面测距  26-31
    2.3.1 测量原理  26-28
    2.3.2 典型实验  28-29
    2.3.3 斜面距离测量  29-30
    2.3.4 总结  30-31
  2.4 频谱扫描的物体空间距离测量  31-40
    2.4.1 频谱扫描法与 CCD 定距测量结合  31-37
    2.4.2 频谱扫描与光学三角法结合  37-40
  2.5 总结  40-42
第三章频谱扫描的物体面形测量方法  42-56
  3.1 引言  42-44
  3.2 频谱扫描的物体面形测量方法  44-50
    3.2.1 测量原理  44-47
    3.2.2 典型实验  47-49
    3.2.3 总结  49-50
  3.3 物体相对变形测量  50-54
  3.4 总结  54-56
第四章物体平面度测量  56-60
  4.1 引言  56-57
  4.2 CCD 定距测量线性拟合的平面度测量方法  57-58
  4.3 基于面形测量的平面度测量方法  58-59
  4.4 总结  59-60
第五章总结  60-62
  5.1 本文的主要工作  60-61
  5.2 本文的主要创新点  61
  5.3 有待研究的问题  61-62
参考文献  62-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69

基于投影栅法的几何量测量技术

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