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基于钠光干涉的透明体表面形貌测量系统的研究

邵明珍  
【摘要】:物体表面三维形貌测量是物理光学、实验力学、机械、电子、材料、形貌学、计算机以及数字图像处理等多学科相互交叉、紧密结合的一门新学科,在产品质量检测、加工自动化、CAD、机器视觉等领域具有十分重要的应用价值,深受当今学者们的关注。本文采用等厚干涉相移法,对透明体表面三维形貌测量中的部分问题进行了实验和探索,包括基于图像相似度的相移周期自动检测方法、相移器可重复性验证及改进、钠光干涉在三维形貌测量中的应用、压电陶瓷数控驱动电源的设计和制作、透明体表面三维形貌测量系统的软硬件实现和系统集成等几方面内容。经过努力,本文完成以下具体工作: 1、提出了基于图像相似度的相移周期自动检测方法。在连续相移的过程中不间断采集干涉条纹图像,计算每幅图像与首幅图像的相似程度从而得到相似性曲线,分析该曲线就可以确定相移的周期。本实验对计算相似度的两种算法进行了仿真和比较,并确定信噪比算法优于相关性算法。 2、验证了压电陶瓷相移器的可重复性并对其进行改进。本实验采用连续多次实验比较信噪比曲线的方法对压电陶瓷相移器的可重复性进行了验证,分析相移器可重复性差的原因,提出改进方案,最终使得压电陶瓷相移器的可重复性大大提高。 3、提出了基于钠光等厚干涉的透明体三维形貌测量方法。使用钠光光源代替了传统的激光光源,可以有效避免激光散斑对测量结果的诸多影响。本实验对钠光光源和激光光源进行了简单比较,确定了钠光光源在本实验中的优势。 4、设计并实现了一套透明体三维形貌测量系统。测量系统包括CCD、显微镜、光源、相移器、压电陶瓷驱动电源、上位机软件等。其中相移器和压电陶瓷数控驱动电源为笔者自行设计和制作,上位机软件采用C++语言开发,具有很强的可移植性和实用性。


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