西安工业大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
相移阴影叠栅轮廓术具有分辨力高和可自动测量的特点, 但该技术需要预先对测量灵敏度进行标定, 实现过程复杂。为了简化其标定过程, 提出一种基于3帧条纹图的实时测量灵敏度标定技术。所提方法利用垂直光栅面精确移动光栅, 获得3帧相移条纹图; 再通过不同帧条纹图相减去除条纹图背景, 发展了一种基于矩阵范数的相移算法, 提取了引入的相移; 利用相移与测量灵敏度间的关系实现了测量灵敏度的快速标定。实验结果表明, 所提方法操作简单, 应用灵活, 并且为测量灵敏度的标定提供了一种闭合解, 其标定精度优于传统的Dirckx方法。
测量 光学三维测量 标定 阴影叠栅轮廓术 相移 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 091202
西安工业大学 机电工程学院 测量与控制研究所, 西安710021
提出一种基于克莱姆正则化分析法的三帧自标定相移阴影莫尔三维轮廓技术.该技术首先采用移动光栅的方法获得相移条纹图, 然后通过不同帧相移条纹图相减去除条纹图背景, 进而结合克莱姆正交化法和最小二乘法, 发展了一种相位解调方法, 提取了测量相位.以五步Harlharan算法为参考, 用不同算法对同一物体表面进行测量.结果表明, 相对于典型的三步相移法和主量分析方法, 提出的方法测量得到的相位误差最小(<0.5 rad), 且简化了测量过程.
光学装置 测量 阴影莫尔轮廓术 相移算法 相位 Optical devices Measurement Shadow Moiré Phase shifting algorithm Phase
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学苏州研究院, 江苏 苏州 215123
3 西安工业大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
针对传统阴影叠栅轮廓术深度测量范围有限的问题, 根据阴影叠栅条纹对比度的变化特点, 提出了大深度范围内的阴影叠栅轮廓新型测量方法。该方法将光栅置于不同的高度, 在物体表面形成叠栅条纹, 通过将不同高度范围内的条纹相位测量结果相互融合, 实现了大深度范围内的阴影叠栅轮廓测量。分析了光栅处于不同位置时叠栅条纹的相位分布特点, 提出了基于重叠区域的相位融合方法和误差补偿方法。通过实验验证了所提出方法的可行性和准确性。
测量 深度测量范围 阴影叠栅轮廓术 相位融合 Talbot效应 叠栅迭代误差补偿 光学学报
2016, 36(12): 1212001
1 西安工业大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
传统的相移阴影叠栅轮廓术在垂直于光栅面方向移动光栅实现相移，由于相移是非线性的，需要较多帧的条纹图进行相位解调。为了减少条纹图帧数，节约测量时间，并简化测量过程，提出一种基于主量分析法的三帧随机相移阴影叠栅技术。主量分析法通过时域平均去除背景，对较少帧的条纹图直接使用主量分析法会产生直流分量去除误差，因而先将条纹图正则化，再应用主量分析法求取相位。实验表明，相对于直接使用主量分析法，利用正则化主量分析法可以明显减小测量误差。分别使用正则化主量分析法和五步相移法对同一物体表面进行测量，两次测量结果之差在±5 μm内，说明了正则化主量分析法的有效性。
衍射 光学三维测量 阴影叠栅轮廓术 主量分析法 相位 激光与光电子学进展
2016, 53(10): 100501
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学馥莉食品装备工程与科学学院, 陕西 西安 710049
3 西安工业大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
传统的阴影叠栅轮廓术的测量深度十分有限。根据点光源照明下Talbot自成像的空间分布规律，提出将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅三维轮廓测量的方法。推导点光源模型下阴影叠栅测量系统中相机接收到的光强随物体到光栅距离变化的数学表达式。数值模拟和实验表明，相对于传统的阴影叠栅轮廓术，利用Talbot效应会大大增加阴影叠栅轮廓术的测量深度。分别使用文中所提出的方法和传统的阴影叠栅轮廓术对同一物体表面进行测量，两次测量结果之差在±5 μm 内。说明将点光源下的Talbot效应应用于阴影叠栅轮廓测量能够准确地反映物体表面的三维形貌。
测量 光学三维测量 阴影叠栅轮廓术 菲涅耳-克希霍夫积分 Talbot效应
为了快速测量物体表面三维轮廓，提出一种变换光源位置的相移阴影莫尔技术.该方法通过控制两个光源的亮灭，将相移引入测量视场.使用二维经验模式分解法对条纹图进行正则化，结合螺旋相位变换方法和二帧相移算法对测量高度进行估计，利用发展的迭代自调算法提取精确测量相位.计算机仿真和光学实验结果表明，该方法的解调准确度优于现有的二帧相移解调算法，同时，由于消除了测量过程中必要的机械运动，只需要二帧条纹图进行相位解调，节约了测量时间.
测量 二帧相移 阴影莫尔 螺旋相位 迭代算法 Measurement Two frames phase shift Shadow Moiré Spiral phase transform Iterative algorithm
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安航空学院, 陕西 西安 710077
结合时域和频域干涉图分析方法，提出一种任意相移阴影叠栅条纹图相位解调技术，降低了干涉图在采样过程中对相移量的严格标定要求，补偿了相移阴影叠栅技术固有的相移不匀误差。使用空域技术确定采样干涉图的正交信号，进而得到了采样干涉图的相移量，然后运用任意相移相位提取算法搜索测量相位信息。实验证明此方法简单方便、求解迅速，且优于典型的相移算法，其测量误差的标准差不超过3×10-3 mm，该方法为提高相移阴影叠栅技术的测量精度提供了有效手段。
测量 阴影叠栅 相移算法 任意相移 三维轮廓
1 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安航空技术高等专科学校, 陕西 西安 710077
相移阴影叠栅干涉场的相位（高度）存在非线性关系，而传统的相移阴影叠栅技术往往忽略了相位与高度的非线性关系，从而在测量系统中引入测量误差。对此提出了一种基于迭代相位解调自调算法相移阴影叠栅技术，该方法利用最小二乘技术获得相移量估算值，利用该估算值通过迭代算法消除相移阴影叠栅的全场相位误差，从而得到正确的相位分布。模拟计算表明该方法可以有效解决相移不均产生的相位测量误差问题，且可实现光栅移动量的精确估算，其误差不超过3.4%。对比实验进一步说明了所提出方法的正确性和优越性。
测量 阴影叠栅技术 迭代算法 相移 三维轮廓
1 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049
2 西安航空技术高等专科学校，西安 710077
相移阴影莫尔技术相位高度存在着非线性关系，无法在全场获得均匀相移，因而致使经典的相移算法不能得到精确解.对此，提出了一种基于最小方差迭代的相移阴影莫尔技术，该技术通过垂直光栅面等间距移动光栅来产生相移，但光栅移动距离可不采用固定值，所以相移过程灵活；使用在高度解调过程中确定的逐点相移增量来抽取精确的测量相位，实现了相移阴影莫尔技术中固有的相位高度非线性误差补偿.结果表明,该方法可通过干涉图计算光栅的移动量，具有相移器的自标定特性.
算法 阴影莫尔 相位 相移 Algorithm Shadow Moiré Phase Phaseshifting
实现了一种基于时空域分析影像云纹的振动测量方法。在此方法中，一个正弦光栅放置在低频振动物体的正前方。光栅及其影像相互干涉产生的云纹图像由高速摄像机采集并保存。序列云纹图像的联合时空域信息将同时被三维傅里叶变换处理，而不是各自分开处理。通过过滤三维频谱和三维反傅里叶变换，得到三维复相位矩阵，从而获取运动物体在不同时刻的形貌和位移。连续振动悬臂梁的测量实验结果表明，影像云纹结合时空域分析能够用于动态测量，证实了该方法的有效性。
振动测量 时空域分析 影像云纹
