用于傅里叶变换轮廓术的多频光栅设计方法的研究

针对傅里叶变换轮廓术(Fourier transform profilometry,FTP)的实际应用,在介绍FTP的基本原理基础之上,提出了几种多频光栅的设计和实现方法,通过多频光栅的设计,旨在提高FTP的测量精度和速度。

点阵绝对相位彩色多频光栅傅里叶变换轮廓术

提出一种将三角法测距与多频光栅相结合的方法,充分利用数字投影的RGB通道,将多频光栅与点阵同时投影在物体表面,综合控制受高度调制的相位信息的提取,最终获取物体的三维形貌。仿真结果显示,在高度跳变使高频光栅位移达102量级个周期时,可以准确还原原始形貌。通过实验验证,本方法能够同时复原169mm的陡峭高度跳变以及3mm的微小细节,提高了传统双频光栅的性能,具有处理较大截断面和保证细节部分的测量能力,较好地改善了傅里叶变换轮廓术(FTP)的应用性能。

一种可以同步结合时间相位展开的2+1相移算法

传统的2+1相移算法在抑制运动误差方面具有良好的性能。针对在展开传统2+1相移算法的截断相位时常有相位展开错误的问题,提出了一种可同步结合时间相位展开的2+1相移算法。该算法中,在传统2+1相移算法的基础上增加了一帧低频辅助正弦光栅条纹,然后结合希尔伯特变换计算出该低频变形条纹的截断相位,之后利用几何约束法对该截断相位进行相位展开,最后利用上述的展开相位指导2+1算法中截断相位的展开。实验结果表明,该算法能够成功地恢复出具有大尺寸深度和复杂面形物体的相位信息,同时,具有较高的测量精度和较快的测量速度。

一种快速的绝对相位求解算法及其在高温锻件自动化测量中的应用

为提高基于结构光的高温锻件在线自动化测量的光栅投影与相位计算速度、减小零件热辐射对测量精度的影响、降低环境振动造成的精度损失,提出了一种只需要4幅不同频率光栅投影的、不需要相移的快速相位求解算法。在分析传统多频4步相移的相位求解对高温锻件测量效率与精度影响的基础上,首先,从余弦光栅图像中分离出交流分量,对其利用离散信号的希尔伯特变换代替多步相移来计算相位;然后,根据多频外差法的频率混合得到合成频率的合成相位图;最后,根据相应的反三角函数的值域区间,对合成相位进行平移计算展开相位。仿真结果表明,该方法可以显著提高计算效率,有效减少测量过程停留,降低热辐射和振动对测量精度的影响。现场测量结果表明,该方法可以满足锻件全尺寸数据的测量需求,为锻造过程实时监控、及时消除异常波动、提高和控制锻件精度提供了保障。