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
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
基于影栅虚云纹场的概念，提出并实现了对形貌影栅云纹法利用计算机布置影栅云纹仪各种光场，自动生成高质量全场仿真影栅云纹图，建立了一种数字仿真形貌影栅云纹法自动测量和处理一体化实验系统(全文简称为实验系统)．系统特别适合于作为形貌影栅云纹法误差分析的评估系统，对光场布置不同的影栅云纹仪及其对应的相移值近似程度不一样引起的初始系统误差进行分析、预测和评估，给出减少这种系统误差应遵循的准则．
形貌影栅云纹法 影栅虚云纹场 仿真技术 误差评估 shadow moiré profilometry virtual shadow moiré field simulation error estimation
