基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法

2023-05-03 06:04:26 2

基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，實驗系統包括數位相機、顯示屏、待測鏡面、計算機，調整實驗系統使數位相機通過待測鏡面觀測到顯示屏，在顯示屏上同時生成不同顏色的水平條紋和垂直條紋，然後用數位相機通過待測鏡面物體記錄變形的條紋，整個測量過程只需向待測鏡面投影一幀彩色複合光柵條紋就可得到水平方向和垂直方向的梯度，最後對梯度積分得到待測鏡面的三維形貌信息。利用本發明可以實現快速、高精度的鏡面物體三維面形測量。
【專利說明】基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法【技術領域】
[0001]本發明涉及不規則的表面或輪廓的計量的【技術領域】，尤其是一種基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著精密光學加工，汽車噴漆，工業製造和產品質量檢測的發展，人們日益迫切地希望能夠對鏡面或類鏡面反射物體進行精確測量，如對自由曲面的鏡面或透鏡(如眼鏡)的檢測，對汽車表面等噴漆質量的控制(桔皮現象)，精密器件表面加工質量評估等。通過對各種鏡面或類鏡面表面的測量分析，可以得到相應製造過程中各種參數(如打磨轉速，打磨材料，機械振動等)對表面加工質量的影響，可以為提高改進加工工藝提供參考。但是，傳統的鏡面物體測量方式如全息測量、接觸式三坐標測量儀等具有很大的局限性，不易實現自動化、在線檢測。幹涉儀通常只能測量類平面或球面物體，無法測量自由曲面物體。接觸式三坐標機測量時間相當長(通常數小時以上)，而且可能破壞待測物體表面。對此，人們提出一種基於條紋反射的鏡面物體三維測量方法。這是一種高靈敏、非相干的光學全場測量技術，可對任何材質的自由面形光滑表面(如各種非球面鏡片，拋光的金屬表面，汽車和飛機噴漆表面等)對進行快速和高精度的曲率分布以及三維形貌測量。通過對精密加工工件表面微結構的分解分析，可以得到加工過程中工具的移動、振動等信息，也可以通過對噴漆表面起伏結構和微觀結構的分解分析來研究改進不同漆料的配比和噴塗工藝等。但是，條紋反射法通常分別投射水平方向和垂直方向的條紋，而且每個方向通常需要投射多步條紋來解調相位，因此，測量速度不快，不利於動態測量。
【發明內容】

[0003]本發明的目的在於:針對上述存在的問題，提供一種基於單幀彩色複合光柵條紋反射對鏡面三維面形快速測量的方法。
[0004]本發明採用的技術方案如下:
本發明提供一種基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，包括以下步驟:
51:設置實驗系統:實驗系統包括計算機、顯示屏、待測鏡面、數位相機，調整實驗系統使數位相機通過待測鏡面觀測到顯示屏；
52:計算機控制在顯示屏上生成彩色複合條紋，彩色複合條紋中的水平條紋和垂直條紋由於佔據不同的獨立的顏色通道而具有不同的顏色；
53:數位相機觀察S2步驟中得到的彩色複合條紋經過待測鏡面反射後得到的彩色複合變形條紋，待測鏡面的梯度信息被調製在彩色複合變形條紋的相位中；
54:對S3步驟中得到的彩色複合變形條紋進行色彩分離得到水平方向和垂直方向的變形條紋；
55:對S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進行相位解調得到變形條紋的相位，解調得到的相位是截斷的，將其載頻去除，然後進行相位展開；
S6:根據S5步驟中得到展開後的相位，通過條紋反射法的相位梯度關係獲得待測鏡面的梯度信息，對梯度積分得到三維形貌。
[0005]對上述方案作進一步優選，所述彩色複合變形條紋表示為:
【權利要求】
1.一種基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，其特徵在於包括以下步驟: 51:設置實驗系統:實驗系統包括計算機、顯示屏、待測鏡面、數位相機，調整實驗系統使數位相機通過待測鏡面觀測到顯示屏； 52:通過計算機控制在顯示屏上生成彩色複合條紋，彩色複合條紋中的水平條紋和垂直條紋具有不同的顏色； 53:通過數位相機觀察S2步驟中得到的彩色複合條紋經過待測鏡面反射後得到的彩色複合變形條紋，待測鏡面的梯度信息被調製在彩色複合變形條紋的相位中； 54:對S3步驟中得到的彩色複合變形條紋進行色彩分離得到水平方向和垂直方向的變形條紋； 55:對S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進行相位解調得到變形條紋的相位，將其載頻去除，然後進行相位展開； 56:根據S5步驟中得到展開後的相位，通過條紋反射法的相位梯度關係獲得待測鏡面的梯度信息，對梯度積分得到三維形貌。
2.根據權利要求1所述基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，其特徵在於:所述彩色複合變形條紋表示為:取y) = A(x=y) +-bI(^y)(w)^h(^y)]
f為(x,y) +B2 (x，y) oos[2ir/0 (x,y)y+(x,y)]其中，J(u)表不數位相機記錄的光強分布，和為(U)分別表不水平方向和豎直方向的背景光強，和為分別表不水平方向和豎直方向的調製度分布，λ i 表示載頻的頻率函數，ft i ajO和《V 分別表示水平方向和豎直方向的與待測鏡面的梯度相關的相位，具體的相位梯度關係如下:?:=—zPfcan^r
4JT
c?=——/- bin O m ^ Pr y r 上式分別表不待測鏡面表面的梯度在水平方向和豎直方向上的分量與相位的關係，式中&表示顯示屏到待測鏡面的距離，i?和乓分別表示顯示屏上水平方向和垂直方向的正弦條紋的周期。
3.根據權利要求1所述基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，其特徵在於:所述步驟S4得到的水平方向和垂直方向的變形條紋表示為: 1Ax^y)=A(x-y)1BcosC2^Zo | ψ, (^y)]/y = X(XiJJr) + jBp(x5y) cos[2?j^+ (XjJk)J ?
4.根據權利要求1所述基於單幀彩色複合光柵條紋反射的鏡面三維面形測量方法，其特徵在於:所述對S4步驟中得到的水平方向和垂直方向的變形條紋進行相位解調為對變形條紋的圖像中的相 位信息通過傅立葉變換分析解調得到總相位。
【文檔編號】G01B11/24GK103727895SQ201410019594
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】嶽慧敏, 吳雨祥, 劉永, 趙必玉, 張博, 易京亞, 歐中華 申請人:電子科技大學