对非共面以及非平行度下的傅里叶变换轮廓术(FTP)物体三维形貌的测量系统进行了分析,采用两个参考平面辅助分析系统光路结构,引入了一个能使双光轴共面的等效虚拟投影出瞳中心。基于光线跟踪原理给出了相位与高度的映射关系,给出了满足平等度的系统参数特性并借助于摄像机坐标系同时获取校准平面的高度以及相应的相位数据,实现了高度和横向坐标的简易校准。实验结果表明了该方法的有效性与可行性。

在相位测量型光学三维面形测量中,最终都要将相位信息转换成被测物体的高度分布信息,这个过程往往是通过对已知世界空间坐标的特征点事先标定,获得测量系统的内外特征参数后,完成被测物体的三维坐标转换。因此,标定是三维面形测量的关键环节。本文基于双向二次相位-高度映射方法和摄像机针孔模型线性无畸变标定技术,充分利用傅里叶变换的频谱方向特性,提出了对含有特征点的二维标定物表面变形条纹的频谱进行方向滤波操作,同时获取测量系统XYZ三个方向上的标定数据,对测量系统进行立体校准的系统标定方法。结合旋转风扇叶片形变的测量系统,给出了该方法的标定结果:在XY面内(230mm×230mm)的标准偏差小于0.27mm;在Z方向上小于0.022mm,位移测量灵敏度优于0.05mm。该方法为测量系统的实用化奠定了基础。

提出了一种新的用于相位测量轮廓术中的三维坐标校准方法。该方法用一个含有三个虚拟校准平面的标准块代替传统相位测量轮廓术校准方法中使用的标准平面,每个虚拟校准平面由多个高度相同但空间离散分布的子区域组成,相应的连续相位恢复是通过一个迭代过程实现的,同时各个子区域还被用于横向坐标的校准。由于各个虚拟校准平面间高度是垂直变化的,传统的相位展开不能得到正确的相对位置关系,基于等效波长概念,提出了一种准确的虚拟校准平面连续相位间相对位置恢复的办法。此校准方法的特点是:在校准过程中不需要标准平面的多次精确平移;仅需要一次测量就可以完成高度和横向坐标的同时校准。文中给出的实验结果说明了该校准方法的有效性和可行性。