基于条纹反射法的大口径反射镜面形检测研究

发布时间：2021-07-31 04:34

　　大口径反射镜的加工水平一直受到光学检测水平的限制,尤其是处于研磨到抛光过渡阶段的面形检测,目前还没有一种较为成熟有效的检测手段。基于以上问题,本文选取条纹反射法对过渡阶段光学反射镜进行三维轮廓测量展开研究,该方法利用带有相位信息的结构光向待测物体表面进行投射,由CCD相机拍摄受到物体表面调制后的变形条纹图像,通过计算变形条纹的相位变化得到反射镜表面各点的梯度数据,最后对梯度数据进行积分拟合出镜面物体三维轮廓信息。本文研究了条纹反射法中梯度获取,梯度积分以及检测系统标定等关键技术。其中梯度数据需要利用到的数字相移技术和相位展开来获取,我们首先对这两种技术的方法和原理进行了研究,并通过计算机仿真分析比较了相位展开技术中常用的路径跟踪算法Goldstein枝切法和质量图导引法在不同信噪比（SNR）情况下的相位展开情况。在对梯度积分算法的研究过程中,本文基于Southwell积分模型提出了一种改进迭代补偿算法,该方法利用衰减系数控制补偿高度,通过对高度残差不断迭代累加从而逐渐完善面形。仿真结果表明改进迭代算法具有更快的收敛率,更高的中高频拟合精度等优势。为减小在实际测量中矢高不确定对梯度数据造... 

【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１为德国ＭＥＳＡ研究所研制的Ｍｅｓａ?Ｉｍａｇｉｎｇ?ＳｗｉｓｓＲａｎｇｅｒ?ＳＲ４０００深度相机，??

反射法的大口径反射镜面形检测研宄?第一章绪论??内使用。德国ＰＭＤ研宄所研制的ＰＭＤ系列摄像机运用抑制背景光照技术可以在室??外进行测量，但是相机的价格过于昂贵而且分辨率较低，其中ＰＭＤ系列中较高分辨??率的ＰＭＤ?Ｃａｍｃｕｂｅ?２．０型号相机分辨率仅为２０４＊２０４像素。??１９８３年日本学者Ｍ．?Ｔａｋｅｄａ［ｎ，１２］提出利用傅里叶变换对物体进行三维轮廓测量，该??方法称之为傅里叶轮廊术（Ｆｏｕｒｉｅｒ?Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ?Ｐｒｏｐｆｉｌｏｍｅｔｒｙ，?ＦＴＰ）。测量原理如图１－２所不，??将提前编码好结构光的罗奇光栅或者正弦光栅投影到参考平面和物体表面，反射变形??的光栅图像由摄像机接收，通过对变形光栅进行图像预处理、傅里叶变换和频谱滤波??等操作获得高度与相位的映射关系，进而实现面形轮廓的重现［１３，１５］。??ＣＣＤ?ｃａｍｅｒａ??＝?１１１１１１?〇?等－??Ｏｂｊｅｃｔ??￣＂?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｐｌａｎｅ??图１－２傅里叶变换轮廓术光路图??ＦＴＰ仅需一幅图像就可以求得物体三维形貌，整个过程快捷简便，适用于工业生??产线上的实时检测和动态检测［１１，１６，１７］。但是？丁？对光强进行傅里叶变换之后，各种频??谱的频率掺杂在一起，与高度相关的基频一旦与其他频谱的频率相互交叉就容易形成??混频和频谱泄露的情况，从而影响检测精度。除此之外条纹调制不仅受到物体高度影??响，同时受到环境背景光、物体反射率和系统噪声等影响，大量的系统误差限制了ＦＴＰ??的检测范围和测量精度。针对这些问题，基于ＦＴＰ的彩色条纹技术［１３，１４】、双频采样技??术［１５］等改进的方法能够有效的提高相位提取能力。??

法，其中相移法以其较高的稳定性和良好的抗噪能力得到了广泛的应用。Ｌｉｕ［３２］等??人在２０１４年提出了双频正交光栅相移法，把两个正交的条纹图像编码到一幅图中，??将正交光栅沿着某一侧向移动从而实现两个方向条纹的同时移相，减少了相移次数；??Ｗｕ［３３］等人将ＲＧＢ三色图像代替传统的灰度图像提出了彩色复合正交光栅，解决了灰??度正交条纹通常出现的频谱混叠情况。浙江大学熊义可［３４］提出投影多帧二元编码图案??获得阶梯相位，克服了传统相移法难以测量阶跃物体问题。以上提到的光栅图像如??图１－３所示。????■???！：：：：：：：：：：：：：：；：：：：：；：：：??丨?丨丨丨?＇?Ｉ：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：］??????—－?卜？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？，?????????Ｉ?■?，．１．１?■?Ｉ．?■■■＿—■?Ｉ?—．?？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？＜??－－?ｊ??（ａ）?（ｂ）?（Ｃ）??图１－３不同的光栅条纹（ａ）正弦条纹图；（ｂ）正交条纹图；（ｃ）彩色条纹图??条纹反射法实质是得到物体表面各点的梯度值，为获得待测物体面形信息，需要??５??


本文编号：3312778