基于线阵CCD的傅里叶变换轮廓术

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光学三维测量具有测量速度快、非接触、精度高的特点,在工业生产和科学研究中均得到广泛应用。其中,傅里叶变换轮廓术(Fourier TransformProfilometry,简称FTP)只需对一帧被测物表面条纹图进行处理即可恢复其三维形貌,非常适合于动态过程的三维测量。  传统的FTP利用面阵CCD采集物体表面变形条纹图,普通面阵CCD由于采集速度限制,不可能测量快速变化物体,高速面阵CCD价格昂贵,针对这一问题,本论文研究了基于线阵CCD的傅里叶变换轮廓术,该光学三维测量技术结合了线阵CCD采集速率高和FTP测量速度快的优点,通过对待测物体表面变形条纹图的连续采集和处理,可以实现静态物体和动态变化过程的快速测量。  本论文的主要工作有:  1、研究了一种将线阵CCD与FTP相结合的物体三维形貌测量方法,针对测量系统一维成像特性,讨论了基于线阵CCD的FTP测量原理;  2、提出适用于基于线阵CCD的FTP一维截断相位展开算法,通过Matlab仿真和实际实验,验证了所提出的测量方法以及一维相位展开算法的可行性;  3、讨论了基于线阵CCD的FTP测量系统标定的基本原理,建立了标定模型,进行了高度方向的标定;  4、设计和搭建了扫描测量系统进行静态物体的测量,利用线阵CCD逐行扫描的方式,得到被测物表面的高度分布;  5、设计和搭建了振动过程测量系统,对振动物体实现了动态测量,利用线阵CCD连续采集的方式,得到振动物体单个截面的连续振动状态,并将其应用到受迫振动测量中。  实验结果表明,对静态物体的测量,本文的测量系统测量精度为0.25mm,对振动物体的测量,其测量频率与实际频率相差0.35Hz,验证了本文提出的基于线阵CCD的傅里叶变换轮廓术的可行性。本文的研究结果对于快速获取物体表面形貌具有一定的实用价值,在钢轨表面形貌测量、物体振动状态检测和物体表面形貌获取方面有着广泛的应用前景。
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