基于光学干涉投影的三维形貌测量

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1、中图分类号：TH741论文编号：2017311101UDC：密级：公开硕士学位论文基于光学干涉投影的三维形貌测量作者姓名：刘会艳学科名称：控制科学与工程研究方向：检测技术及智能装置学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期：2017年12月4日申请学位类别：工学硕士导师姓名：张湧涛教授单位：华北理工大学电气工程学院王一副教授单位：华北理工大学电气工程学院论文评阅人：王福斌副教授单位：华北理工大学电气工程学院陈诚副教授单位：天津商业大学机械工程学院论文答辩日期：2018年3月3日答辩委员会主席：杨春稳正高工关键词：形貌测量；平行光投影；相位高度映射；傅立叶变换；双频解包裹唐山华北理工大学

2、2018年3月Thethree-dimensionaltopographymeasurementbasedonopticalinterferenceprojectionDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinEngineeringbyLiuHuiyan(ControlScienceandEngineering)Supervisor:ProfessorZhangYong

3、taoPh.DWangYiMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：2018年3月12日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学

4、校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：☑自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月12日签字日期：2018年3月12日摘要摘要在众多的三维形貌测量技术中，条纹投影法以其非接触性、高精度、高速度等特点，已被广泛应用在许多领域，如工业检测，逆向工程和医疗诊断等。传统傅里叶变换轮廓术（FourierTransformProfilometry,FTP）多采用散光斜式投影，需要满足四个约束条件才能得到较为准确的相位与高度映射关系，并且由于散光投影带来的相位非线性二次项误差也会降低形貌

5、恢复精度。为了能在欠约束条件下减少相位非线性误差的影响，建立了基于平行光干涉投影下的普适模型。平行光干涉投影下的参考平面相位沿着X轴呈线性变化，相位分布较散光或倾斜式投影无需相位补偿，更具准确性。包裹相位是光学相位法测量物体三维形貌时须解决的关键性环节，是正确还原被测物三维形貌的重要部分。目前时间相位解包裹中基于双频外差原理的解包裹方法测量精度较高，发展速度很快。传统双频解包裹技术多采用数字投影，要求两条纹的频差较小且条纹节距较大，使得其辨别形貌细节的能力降低。在平行光干涉投影的欠约束模型下为了提高相位解包裹的精度，采用波阵面调制下的双频外差方法进行相位展开来减小解包裹误差。主要研究工作

6、内容如下：1）利用相位测量轮廓术的知识，建立了在平行光干涉投影下相位与高度映射的普适结构模型，并推导了相位与高度的关系表达式；2）在平行光干涉投影的欠约束模型下利用相控阵调节两光束的夹角用于产生所需的条纹间距，结合双频外差解包裹进行相位展开，提高相位解算精度；3）采用张正友标定方法，借助Matlab进行相机标定得到相机的内参数及畸变系数，对实验图进行畸变校正，减小因相机畸变引起的误差。图37幅；表1个；参55篇。关键词：形貌测量；平行光投影；相位高度映射；傅立叶变换；双频解包裹分类号：TH741-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractAmongthemanythree-dimens

7、ionaltopography,thefringeprojectionmethodhasbeenwidelyusedinmanyfields,suchasindustrialinspection,reverseengineeringandmedicaldiagnosisetc,becauseofitsnon-contact,highprecision,highspeedcharacteristics.IntraditionalFou