【摘 要】
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随着现代工业生产进一步发展,发展具有高速、高精等特征的三维测量技术需求日益强烈。然而,传统的相移阴影莫尔三维轮廓术由于存在着相移过程费时费力、系统标定复杂、数据处理速度慢等一系列问题,已无法满足现代制造工艺上述测量要求。因此有必要发展一种快速阴影莫尔测量轮廓术。对此,本文深入研究阴影莫尔测量原理,发展了一种快速阴影莫尔三维轮廓测量方法,具体完成了以下工作:（1）研究了变光源阴影莫尔测量原理,提出了
【基金项目】
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国家基金委面上项目（编号:51975448）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,2020/1-2023/12； 陕西省教育厅重点研发计划（编号:2021GY-274）,基于实光栅投影的设备状态在线监控方法研究,2021/1-2022/1；
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随着现代工业生产进一步发展,发展具有高速、高精等特征的三维测量技术需求日益强烈。然而,传统的相移阴影莫尔三维轮廓术由于存在着相移过程费时费力、系统标定复杂、数据处理速度慢等一系列问题,已无法满足现代制造工艺上述测量要求。因此有必要发展一种快速阴影莫尔测量轮廓术。对此,本文深入研究阴影莫尔测量原理,发展了一种快速阴影莫尔三维轮廓测量方法,具体完成了以下工作:（1）研究了变光源阴影莫尔测量原理,提出了一种快速三维轮廓测量结构方案;完成了测量系统器件的选型,并搭建完成快速阴影莫尔测量系统;针对提出的快速阴影莫尔方法进行了实验研究,分析了现有的相移算法在变光源方法相位解调时存在的问题,为后续测量系统的改善和优化指明方向。（2）在提出的快速阴影莫尔测量系统中,针对经典的AIA算法存在的对背景光和调制项敏感问题展开研究,提出了一种三帧随机相移的均匀相移算法,仿真和光学实验分别对比不同算法得到的相位误差,证明了该方法不受背景光和调制项影响,且求解鲁棒,测量精度高,性能优于现有的典型算法。（3）针对变光源阴影莫尔相移条纹图存在的光场变化问题,提出了一种基于全测量空间查找表的测量相位提取方法,该方法利用相位与高度一一对应的特性可以快速完成相位-高度映射。同时,结合发展的三帧随机相移算法,对提出的查找表相位解调方法进行了仿真和实验验证,证明了该方法的正确性。（4）考虑到变光源阴影莫尔测量方法存在的全场相移不匀问题,展开了基于非均匀相移算法的查找表研究。将Carre算法应用于变光源条纹图的相位解调中,建立了基于非均匀相移算法的相位-高度查找表,仿真实验和光学实验完成了三维形貌复原,实验结果证明了非均匀相移查找表的准确性。（5）通过改变光栅周期,建立了一种二灵敏度的时域相位解包裹方法。并以FPGA作为控制器,设计了基于FPGA的去包裹函数,实现了其中的数据传输、存储、相位求解和相位解包裹。本文建立的快速阴影莫尔轮廓术改善了传统测量方法在图像采集、图像处理、相位高度映射等方面存在的缺陷,在测量效率和测量精度方面取得了一定的进展,对阴影莫尔测量轮廓术的研究和发展具有重要的现实意义。
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