对某金属件反光表面缺陷的反射条纹检测

介绍了某种反光材料表面在计算机视觉下的反射条纹检测方法。为检测某反光金属表面质量,发现凹陷、凸起或其它表面缺陷,我们对条纹光反射检测表面缺陷的技术进行了研究,给出了反射条纹光检测表面缺陷的原理公式。反射条纹光检测系统包括计算机、投影屏和CCD照相机。利用正弦函数在计算机中生成正弦条纹图像数据文件,在屏幕上产生出黑白相间的正弦条纹图案投射到被测物体上,通过CCD照相机拍摄,被测物体表面的黑白条纹图像,送至计算机处理,可得到图像的相对相位图,测量表面的斜率。表面质量的检测实验结果表明,这是一种灵敏而简捷的检测亮光材料表面的方法。

条纹反射法检测光学反射镜面形

针对光学反射镜在精磨向初抛光过渡阶段时面形与理想面形存在较大偏差的问题,采用轮廓仪和普通干涉仪检测无法满足加工检测需求的问题,提出采用动态范围大且准确度高的条纹反射法来检测光学反射镜.研究分析了条纹反射检测系统的原理及系统误差,运用光线追迹软件对条纹反射检测100mm口径反射镜面形进行建模仿真,并对已经加工完成的100mm口径旋转对称球面反射镜进行了检测,测量得到的面形误差峰谷值及均方根值分别为0.523μm和0.086μm,满足该过渡阶段的检测需求.

基于条纹反射的镜面测量及三维重建算法分析

本文详细介绍了依据条纹反射术测量镜面、类镜面的原理和方法,分析了经由梯度数据重建三维面形的主要算法和关键问题。通过计算机模拟和波面实际测量,对十字路径积分法、傅里叶变换积分法和区域波前重构法三种主要算法的重建精度进行了对比研究。研究表明:区域波前重构法不但对高频噪声有较强的抑制作用,同时也可以处理复杂的连通区域和非等间距分布梯度数据的复杂情况,因此更适用于基于条纹反射术的波面测量。

基于全场条纹反射的镜面物体三维面形测量综述

随着集成电路、汽车行业、先进制造和天文学的发展,条纹反射术被广泛应用于测量镜面物体的三维形貌。条纹反射术通过反射条纹图中的相位信息计算被测镜面物体的局部斜率或深度信息来恢复物体的三维形貌。为全面了解条纹反射术研究的最新进展,本文综述了条纹反射的基本原理、反射条纹产生的方式、相位的计算方法、系统参数的标定和斜率积分获得深度数据,同时介绍了不依赖积分过程的直接条纹反射术。通过具体的应用和实例,指出了条纹反射术的优缺点。最后,指出了条纹反射术未来的研究方向。该综述文章为深入研究镜面反射物体的三维面形测量提供了有益的参考。

基于条纹反射的光学表面疵病检测法

提出一种基于条纹反射的光学表面疵病检测方法,检测系统由液晶显示屏、CCD相机和计算机组成.检测时在显示屏上分别显示水平和垂直两个方向正交的正弦性条纹,用CCD相机记录经被测表面反射的正弦条纹像,通过相移技术得到两个方向正交的相位分布和对比度分布,通过对比度分布确定被测表面的疵病位置.被测面表面面形相关信息包含在相位分布中,其表面疵病细节信息包含在局部微观相位分布之中.对相位分布进行多项式拟合后相减得到疵病引起的微观相位分布,计算得到表面疵病的梯度分布,积分得其高度分布.实验验证了该方法的可行性.

离轴非球面的条纹反射检测技术

条纹反射测量技术具有动态范围大、灵敏度高的特点,通过高精度的系统标定可以获得很高的测量精度。本文研究将条纹反射测量技术应用于离轴非球面反射镜粗抛光阶段的面形检测,使用激光跟踪仪建立检测系统坐标系,然后将相机和显示屏的实测标定数据代入坐标系并在Zemax软件中建立测量装置的理想模型,通过光线追迹得到理想的屏幕像素点位置,采用相移技术可以得到实测时屏幕像素点位置,从而计算得到被测镜面形的斜率误差,最后积分得到检测结果。文中采用该方法对一块SiC离轴非球面镜进行了实测,并与三坐标测量机的结果进行对比,验证了方法的可行性,可用于指导离轴非球面镜粗抛光阶段的加工。

一种微米级高度台阶镜面条纹反射的三维测量系统

提出了一种检测微米级高度衍射台阶结构的条纹反射三维检测方法.对条纹反射光路的理论分析表明,合理选择入射光线角度和液晶屏放置角度以及液晶屏像素尺寸等系统参数,条纹反射系统能够分辨微米乃至亚微米级的镜面台阶.实际构建了一套微米级台阶镜面条纹反射测量实验装置;采用四步相移法进行条纹相位解算,运用移动屏幕方法确定反射光线方程,结合三角交汇原理,对待测台阶镜面进行三维重构.实际测量了名义值为5μm和10μm的台阶镜面,测量结果不确定度在0.5μm内,和商业仪器测量结果的偏差<0.5μm,证明了设计方法的可行性.本文结果对于包含衍射台阶结构的光学元件三维测量研究具有一定的借鉴意义.

基于条纹反射测量技术的太阳能热发电聚光镜面形检测方法研究

提出了基于条纹反射测量技术的太阳聚光器面形检测方法,使用投影仪在光屏上投射黑白相间的正弦条纹,经被测镜反射后成像于相机,采用四步相移算法计算像面上和光屏上点的对应关系,然后运用迭代算法拟合被测镜方程及镜面上各个点法线方向。面形测量精度达0.2 mrad。试验验证了测量方法的正确性和可行性,研制了测量设备原理样机,并进行了相关测量试验,结果表明,测量设备达到了国际先进水平。

用于智能移动设备的条纹反射法检测系统

条纹反射法是一种结构简单的三维面形检测手段,本文对该方法在智能手机、平板等移动设备中的集成和应用进行了研究。首先,对条纹反射法标定误差以及智能设备的特点进行了分析。然后,在分析实际检测中的关键误差基础上,提出了通过相机非线性定标、改善相移算法、格点位置标定、应对相机自动增益调整等一系列方法和算法,在设备现有硬件条件下提高了测量精度和稳定性;最后,使用iPad Air对直径为105 mm的SiC反射面进行了实验。结果表明,标定精度在毫米量级时,对反射面的检测精度RMS值达到33μm,并且以低频误差为主,在局部高频区域检测结果有明显优势,证实了在不使用其他外部设备前提下,集成于智能平板的条纹反射法具备几十微米量级精度的检测能力。

基于条纹反射法的平面镜面形测量

为了评价平面镜面形误差,采用基于条纹反射法的面形检测原理、通过平面镜法线偏移实现面形误差评价的方法。将正弦条纹投射至光屏,经被测平面镜反射至相机,通过小孔成像原理和四步相移法获得被测平面镜上一点的法线,并与经最小二乘算法面形重建的该点理论法线比较,获得该点法线偏移,利用法线偏移实现对平面镜的面形评价。对测量方法进行计算机仿真,以证明其正确性;搭建实验测量系统,并对某一款手机屏幕进行测量实验。结果表明,该测量方法的重复性精度优于1mrad,测量重复性高。该研究为玻璃面板等具有高反射特性的平面面形误差提供了参考。

低多义性误差的条纹反射技术系统结构研究

条纹反射技术中的多义性误差将直接影响测量结果的精度,现有的多义性误差消除方法会大大增加系统复杂程度,且只能补偿部分的误差。推导了条纹反射系统不含多义性误差的准确相位-梯度解析模型,对该模型仿真分析得出:当系统设置满足进入相机的光线与参考平面和显示屏都成90°夹角条件时,系统多义性误差近乎为0的结论,基于此,提出一种基于同轴光路系统结构,实验证明了所提出的同轴光路系统结构在物体表面高度从0增加至3mm时多义性误差始终近乎为0,普通系统结构的多义性误差随着物体表面高度从0增加到3 mm时,多义性相位误差从0增加至1.5rad,实验证明使用提出的同轴系统可以大大抑制条纹反射技术中的多义性误差。

条纹反射法测量三维面形中的积分算法

基于不同梯度数据噪声,研究讨论了几种典型的梯度积分算法,并提出了一种改进的Southwell全局积分算法.以重建面形和原始面形的相似度、均方根误差作为算法性能参数,对梯度数据进行模拟测试.搭建条纹反射实验平台,对标准凹球面反射镜进行积分重建,并将条纹反射法测量结果和实际元件参数进行对比.实验结果表明:用改进的Southwell算法重建的凹球面的半径误差为0.09%,结构相似度大于0.999,其重建速度为原算法的1.2倍.改进后的Southwell算法相较于传统的积分算法,获得了更高的重建质量和重建效率,满足镜面物体测量的非接触、精度高、稳定性强等要求.

Zernike多项式的条纹反射三维面形重建算法研究

针对光学镜面测量中的面形重构问题,提出了一种基于Zernike正交多项式的面形重建方法。通过理论推导建立了面形重建数学模型;利用Matlab仿真模拟,分析了Zernike项数与采样点数的关系,研究了不同项数及采样点数对重建结果的影响;以双曲面为例进行了算法的有效性验证,给出了重建后面形的36项Zernike系数;最后对算法进行了噪声等级变化分析。研究结果表明:对于一个初始面形峰谷值(PV)为0.007 5 mm,均方根值(RMS)为0.001 1 mm的双曲面,选择Zernike前36项系数、采样点数为300时,拟合面形残差PV=2.664 5e-15 mm,RMS=4.661 6e-16 mm,拟合效果较好,且当噪声在15%以内,算法适用性较好。研究结果为后续复杂镜面条纹反射测量提供参考。

结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统

三维轮廓检测能力决定了光学自由曲面开发的进度和应用的范围。基于条纹反射法检测原理提出了一种结合线结构光立体视觉和条纹反射法的三维轮廓检测系统。该系统主要用于光学自由曲面轮廓的检测,以立体视觉测量得到的光学自由曲面轮廓数据作为初值,结合相位测量偏折法测量数据的迭代,得到精度更高的光学自由曲面轮廓测量结果。实验结果表明,该系统可测量直径为300 mm、倾斜角范围为±20°的自由曲面光学元件,系统的复合测量能力强,光学自由曲面的测量不确定度小于±1μm。

基于条纹反射的镜面物体面形测量技术仿真分析

详细介绍了一种镜面物体面形测量技术,该技术应用了条纹反射原理和迭代算法实现了镜面面形的绝对测量。通过测量系统结构构建和基于梯度的面形复原两个阶段来进行仿真。仿真结果表明,在口径80mm、曲率半径400mm的凹球面被测件上,该方法的测量精度能够达到2.62μm。

基于机器视觉的微观表面缺陷检测技术研究

本文研究了一种高速三维微观表面缺陷检测技术,特别针对氮化镓(GaN)硅片在经过薄化研磨后的表面凸起问题。通过发展全域硅片瑕疵侦测法,能够有效避免电性点测时探针撞击凸起导致的损坏。该技术包括三维重建算法和影像校正与细部纹理叠合两部分。利用条纹反射架构,结合相位移及相位展开算法,实现硅片表面的三维形貌重建。通过影像旋转校正和亚像素重建核心图(die map),准确定位硅片凸点并标记警示区域。该方法具有高效率、高精度和高重复精度的特点,能够满足在线量产设备的检测需求。

基于扇形条纹调制度的光滑平面缺陷检测

在光滑表面缺陷检测过程中,调制度可以用来标记缺陷位置。为了提高缺陷检测的准确性,提出了一种基于扇形条纹的调制度检测方法,该方法对缺陷位置和方向有更高的灵敏度,适用于多种类型的缺陷检测。首先,由变形条纹解调得到调制度图,调制度的高低可判断是否存在缺陷,再基于调制度图产生新的质量图——调制度-相位梯度偏差质量图,由此可以识别出缺陷位置。8组对比实验表明,同一实验环境下,基于扇形条纹的调制度缺陷检测方法不仅能检测出单一走向的缺陷,对复合走向的缺陷检测效果也很好,能更完整地检测缺陷,同时检测缺陷的精确度达到了0.07 mm。与传统的机器视觉方法和水平/垂直/圆形条纹检测法相比,本文所提出的扇形调制度法具有更高的灵敏度和准确性。

基于格雷码-相移的高反光表面三维测量研究

高反光物体表面的三维形貌测量在各个领域有大量的需求和应用。由于高反光表面镜面反射和背景光照的干扰,传统条纹投影测量方法难以满足实际测量要求。论文基于条纹反射测量系统,在高反光表面测量方法研究中,采用了格雷码-相移的结构光,针对编、解码过程中存在的周期错位问题,提出了一种循环互补格雷码的校正方法。搭建测量系统对直径500mm的凹面镜进行测量实验,实验结果表明,凹面镜测量高度的误差为0.0067mm,证明了该方法的有效性。

非熔化极气体保护焊接熔池表面形貌三维传感及其装置设计

熔池表面形貌的传感及其三维恢复在焊接机理研究和成形控制中均有着深远的意义,然而焊接过程中强弧光的干扰和熔池表面的镜面特性使得熔池表面的三维传感非常困难。利用小功率结构光条纹激光器投射激光条纹于非熔化极气体保护焊(Gas tungsten arc welding,GTAW)熔池表面,由成像屏接收熔池表面镜面反射过来的激光条纹,利用镜头前附加了与激光器波长匹配的窄带滤光片的电荷耦合器件(Charge-coupled device,CCD)摄像机观察成像屏上的条纹变化,从而获得熔池表面的高度等三维信息。为了便于研究传感规律及确定传感器结构参数间的最佳组合,设计了一套传感装置,并利用该传感装置在强弧光下获得了清晰的能够反映GTAW熔池表面形貌的激光反射条纹图像。

一种新型光学转速测量方法的研究

研究了旋转体转速在实际空间坐标系与成像空间坐标系中的转换关系,利用新型连续光反射条纹技术,通过光学成像系统在线阵CCD上得到反映连续转速信息的光强信号,经过信号调理后得到被测体转速信息,解决了旋转机械瞬态性能分析中瞬态转速测量中存在的缺陷,建立起一种简单的速度压缩模型,为新型连续转速测量提供了一种参考。