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透明介质表面形貌检测方法探究

黄大明  
【摘要】:表面形貌是影响加工表面质量和功能特征的重要因素,目前很多表面形貌的测量、分析和评定还主要停留在二维层面上。然而,由于二维显示的局限性,已经不能满足当今制造业对表面参数的要求。随着现代光电检测技术的发展,形貌测量已经成为人们的研究重点。特别是随着激光技术、计算机技术、数字图像处理技术的飞速发展,光学式非接触测量在三维形貌测量中应用越来越广泛。由于在光学器件、精密仪器中大量使用透明介质,所以如何得到透明介质的形貌参数成为当前形貌检测的一个热门课题。 本课题在第一章节里面主要介绍了当前主要的形貌检测方法和原理,其中重点介绍了投影栅线相移法和相位解调方法。第二章对迈克尔逊干涉仪进行了详细论述,介绍了本实验采用的光路图及其实验原理,即采用相移法,分别用平动和旋转两种方法实现相移,在第二章的最后,为了验证所拍图像的正确与否,引入了仿真的技术。在第三章,对采集的干涉图像进行了一系列处理,从图像的去噪,到解相位,去包裹,再到三维显示。由于旋转实现相移时,相移量的大小未知,本课题采用两种图像的相似度算法得到了一个满周期的光学图像。同时,为了与理想结果进行对比,把仿真图像也进行了解相位,去包裹,三维显示,最后得出了所做的不足之处。第四章节,总结了本课题所做的内容,存在的不足,创新点以及前景展望。 本文采用光学干涉法,应用He-Ne激光器,基于迈克尔逊干涉仪,测出了平凸镜的形貌参数。实验光路简单,实用性强。本论文主要完成以下具体工作: 1、针对激光散斑造成的光学图像噪声,,选择不同的滤波窗口,采用各种滤波方法,最后得出了高斯滤波对于激光噪声的处理较好。 2、得出了基于手动旋转台,旋转台上放光学玻璃做相移时,旋转角度、玻璃厚度与相移量大小之间的关系,论证了此方法的可行性。 3、由于手动旋转做相移时,相移的大小未知,本课题采用图像匹配算法和峰值信噪比算法,最后得出采用满周期N步相移时,N的具体值。 4、搭建了一个简单易用的光学平台,实现了一套透明物体测量系统。系统包括CCD、迈克尔逊干涉仪、手动旋转台、He—Ne激光器、空间滤波器、系统软件等。其中软件设计采用C++语言开发,具有很强的可移植性和实用性。


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