【摘 要】
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随着制造技术对复杂形面廓形检测技术的要求不断提高,发展一种具有360°轮廓的三维测量技术变得越来越重要。然而,现有的面结构光测量方法因为光线遮挡,难以单次完成测量任务。线结构光测量方法可以克服遮挡问题,但在光条中心提取时,易受噪音影响,同时存在断线、歪曲等问题。因此,本文在深入研究线结构光三维测量技术的基础上,发展了一种基于相位的线结构光复杂形面360°测量方法,主要完成工作如下:（1）首先,研究
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目—《齿轮齿面三维形貌投影莫尔轮廓术精密测量基础及其新型解调理论研究》,项目编号:51975448； 陕西省重点研发计划—《基于实光栅投影的设备状态在线监控方法研究》,项目编号:2021GY-274；
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随着制造技术对复杂形面廓形检测技术的要求不断提高,发展一种具有360°轮廓的三维测量技术变得越来越重要。然而,现有的面结构光测量方法因为光线遮挡,难以单次完成测量任务。线结构光测量方法可以克服遮挡问题,但在光条中心提取时,易受噪音影响,同时存在断线、歪曲等问题。因此,本文在深入研究线结构光三维测量技术的基础上,发展了一种基于相位的线结构光复杂形面360°测量方法,主要完成工作如下:（1）首先,研究了结构光测量原理,分析论证了基于面结构光的测量过程中不足,设计并搭建了基于线结构光的360°实验测量装置,应用基于混合自适应线结构光光刀细化技术,进行了三维测量实验,研究发现传统光条中心提取过程中存在光刀中心断线、歪曲等问题。（2）针对上述问题,提出了基于相位的线结构光360°叠合条纹解调技术,建立了360°光条叠合图的构建方法,并利用二维傅里叶变换实现了叠合图测量相位的提取。通过改变噪音水平,分析了基于强度传输方程（TIE）的去包裹方法的性能,采用离散余弦变换（DCT）展开了测量相位。进而,对光条叠合的载频条纹图进行相位解调和去包裹实验,实现测量相位求解,证明发展的基于相位的线结构光解调技术的正确性。（3）为了避免傅里叶变换相位解调技术存在的频谱混叠、泄露问题,基于Riesz变换的数字相移解调技术,提出了一种单帧叠合条纹图数字相移解调方法;实现了光条叠合条纹图的90°、180°、270°数字相移,并对数字相移条纹图的正弦性、相移量误差、重建精度等方面进行仿真和实验研究分析,建立了叠合条纹图数字相移解调技术。（4）考虑到数字相移量误差较大,影响了相位提取精度的进一步提高,为了提高叠合图数字相移解调技术的精度,本文提出了一种多帧随机相移条纹图相位提取算法,其方法利用解析信号振幅和失调相移在演变过程中存在最小值的特点,通过一维搜索优化的方法实现随机相移提取。与现有的自标定相位提取方法相比,提出的方法具有精确、稳定、高效的特点,光学仿真和实验数据均表明该方法具有较高的精度和效率。本文发展的技术为360°复杂形面的三维轮廓测量提供了途径,提出的基于数字相移的光条叠合图解调方法,可以避免傅里叶变换方法存在的混叠问题,对于发展新型的线结构光三维轮廓测量方法具有重要的理论和现实价值。
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