为提高三维打印技术制备M2高速钢刀具材料的力学性能及改善微观组织，促进金属刀具材料三维打印技术的发展，采用激光选区熔化技术，在不同基板材料和铺粉速度下制备M2高速钢试样。对试样力学性能以及微观组织进行表征与观察。结果表明：与M2高速钢基板相比，316L不锈钢基板的热膨胀系数高约57.27%，热导率低17.28%，制备过程中产生的热应力显著降低并且冷却缓慢使残余应力释放更充分，因此采用316L不锈钢基板更有利于成型M2高速钢试样。铺粉速度减小，打印过程中实时热处理时间将大大增长，这导致材料硬度略有下降但微观组织更加致密，裂纹、孔隙等缺陷减少，拉伸强度升高。经试验得到的试样洛氏硬度最高可达（58.97±0.28）HRC，拉伸强度能够达到（937±118）MPa。微观组织呈现网状结构且其中存在大量马氏体柱状晶，针宽小于1 μm，主要物相有α-Fe、马氏体、奥氏体以及MC型碳化物。

采用微波烧结方法制备了不同层数和层厚比的 Ti(C,N)-WC-Al2O3/Ti(C,N)-WC叠层陶瓷材料。利用有限元方法揭示了残余应力随层数和层厚比的变化规律, 研究了层数和层厚比对材料宏观力学性能和微观结构特征的影响。结果表明: 与均质材料相比, 叠层材料的断裂韧度提高到 11.42 MPa·m1/2, 为均质材料的 2.5倍, 增韧效果显著, 其主要原因是宏观残余压应力和大量微观裂纹偏转的综合作用。叠层材料的断裂模式为一种表层穿晶断裂和基体层沿晶断裂相交替的混合断裂新模式, 不仅有利于断裂韧度的增加, 也有利于材料整体强度的提高。

系统标定是光栅投影测量系统中的关键一步。将投影仪看成相机的类双目系统标定方法具有操作简单、精度高、可靠性强的优势。在此系统标定方法的基础上, 提出一种提高测量系统精度的系统标定方法。根据提取的标定板上圆标识的圆心坐标, 利用计算机生成含有相对应十字标识的图像, 用于相机标定, 可避免圆标识轮廓对角点提取的影响, 从而提高相机标定精度。同时, 推导快速求取投影仪伽马的表达式用于相位校正, 可建立投影仪像素与相机像素精确的对应关系, 从而提高投影仪标定精度。结合投影仪和相机的标定结果, 建立统一的世界坐标系完成整体系统的标定。实验结果表明: 采用上述标定方法, 可将投影仪和相机标定精度分别达到0.25 pixel和0.15 pixel; 同时测量了一个长方体, 精度达到0.142 7 mm。

为解除现有非均匀条纹解相位方法对系统测量精度的限制, 提出一种非均匀条纹的二值时空编码解相位方法。由标准非均匀条纹的截断相位反求截断相位分界线, 对分界线进行二值编码与解码。采用四步相移法, 只需三幅辅助编码图像即可准确获得非均匀条纹的绝对连续相位。建立非完全约束系统, 利用二次多项式拟合绝对相位与物体深度关系, 通过仿真实验与现有方法比较, 拱桥形物体各对称点高度差值的均值和均方差分别降低了65%和51%; 长方体测量误差的均值和均方差分别降低了95%和90%; 同时, 利用该方法对实际长方形物体表面进行测量, 与三坐标测量仪的测量结果比较, 平均误差仅为0.64%。实验结果表明: 所述方法可提高非均匀条纹相位展开质量, 在减少投影图像幅数的情况下, 提高测量精度。

针对投影仪标定方法中存在畸变及倾斜投影引起条纹周期、条纹级数变化的问题, 提出一种单周期条纹双四步相移投影仪的标定方法.设计生成横向和纵向各两组单周期条纹图像, 经投影仪投影到带有圆形标识的标定板上, 相机同步采集标定板图像, 叠加由双四步相移获得的两幅相位主值图, 对叠加相位主值图相位展开, 利用展开的绝对相位值计算投影仪像素坐标值, 最终将投影仪标定转换为成熟的相机标定.实验结果表明: 仿真投影仪标定实验准确度的最大重投影误差约为0.4 pixel, 均方根误差为0.132 96 pixel; 实际投影仪标定实验准确度的最大反投影误差约为0.46 pixel, 均方根误差为0.143 12 pixel; 实验结果与仿真结果的最大反投影误差相差15%, 均方根误差相差7.6%.与现有的采用三频相位展开进行投影仪标定的方法相比, 投影光栅图像数可减少8幅.该方法改善了现有投影仪标定方法的不足, 标定准确度和标定效率均得到提高.

提出了一种描述图像像素和相位关系的分段函数，可以生成分段非均匀条纹，解决光栅测量系统倾斜投影时参考平面上条纹周期不均匀的问题。在利用双频解相位方法进行相位展开时，提出了一种条纹移动法，即将一种频率的条纹向右或向左移动π的整数倍，消除了投影双频分段非均匀条纹时得到相位展开结果的不连续性。对比其他非均匀条纹生成方法，分段非均匀条纹生成方法简单易行；双频分段非均匀条纹经过条纹移动后能够适用于双频解相位。对拱桥投影均匀条纹和分段非均匀条纹进行对比实验证明，投影分段非均匀条纹时测量精度得到了明显提高。

分析了光寻址空间光调制器对连续图像采样产生的噪音和假频,利用采样理论,提出设置光学去假频前置滤波器抑制噪音和假频的方法.理论分析得出去假频前置滤波器为矩形窗函数的基础上,根据视觉系统中光寻址空间光调制器的参量,计算出了本系统所用的去假频前置滤波器的结构尺寸.视觉系统图像特征提取试验结果表明效果良好.

为了提高图像信息处理速度,利用光电混合实现的方法,将光学小波变换应用于视觉系统设计.依据4f相关器光学信息处理的原理,在频域内通过计算机编码,在电寻址空间光调制器上,构建不同类型的小波函数滤波器库,对目标的图像特征进行提取与辨识.研究结果表明,基于光学小波变换视觉系统正确可行.在图像特征提取中,以光波传递信息可以提高视觉信息处理的速度.

针对视觉系统处理速度慢的问题,利用光电信息技术设计出基于光学小波变换的机器人视觉传感器.该传感器用4 f光学处理系统实现光学小波变换滤波,以计算机编程加载滤波器,因此兼有光学信息处理的二维、高速、并行和大容量的优点,以及计算机控制灵活的优点.图像特征提取仿真实验结果表明:效果理想,处理速度快,方案可行.

将光电信息技术运用于机器人视觉系统,使视觉信息处理速度达到光速.在光学信息系统中,傅立叶变换透镜是关键的运算部件.根据傅立叶光学原理和视觉系统的要求,研制一组远距型的傅立叶变换透镜.透镜前、后焦点间的距离缩短到傅立叶透镜焦距的0.7倍,在整个视场范围内波像差小于1/10波长,其它性能指标均符合设计要求.