激光高速掃描頻閃成像三維尺寸測量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在三維尺寸測量中，常用的數(shù)字光處理技術(shù)(Digital Light Processing, DLP)難以投射出高空間分辨率、連續(xù)的正弦光柵條紋，刷新速率也受限；激光干涉原理產(chǎn)生的條紋對比度不理想，系統(tǒng)復(fù)雜，適應(yīng)性較差。這些問題限制了其在高精度微小尺寸、具有復(fù)雜反光特性的表面器件（半導(dǎo)體、微電子器件等）的精密在線測量場合的應(yīng)用。針對三維尺寸測量在測量速度、精度和適應(yīng)性方面存在的問題，論文設(shè)計了一種高速掃描頻閃成像激光光柵條紋投射器，研究了

2、頻閃成像三維測量原理。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　1.提出了一種高速掃描頻閃成像激光光柵條紋投射方案，方案綜合了光柵條紋整體投射測量速度快和線結(jié)構(gòu)激光測量精度高的優(yōu)點。研究了頻閃投射成像原理，完成了光學(xué)與機械系統(tǒng)、光電探測電路以及FPGA實時控制電路的設(shè)計。
　　2.根據(jù)頻閃投射成像的特點分析了投射的條紋特性。投射的高亮度激光光柵條紋精細且密度高，刷新頻率快，并能實現(xiàn)條紋頻率、脈寬、相位變化的實時控制。通過理論和實驗分析了條

3、紋的線寬、密度、相移以及正弦分布特性，既可以作為高密度的準(zhǔn)正弦光柵條紋，也可以作為精密的多線結(jié)構(gòu)光應(yīng)用于三維尺寸精密測量中。
　　3.設(shè)計并組建了針對微小尺寸、具有復(fù)雜反射率表面金屬器件的頻閃成像三維尺寸測量系統(tǒng)。研究了系統(tǒng)的三維測量原理，提出了空間角度約束測量模型，并根據(jù)條紋脈寬調(diào)制特性實例化為兩種可方便實現(xiàn)的空間相位映射模型和多線結(jié)構(gòu)光光平面約束模型。兩種測量模型在數(shù)學(xué)關(guān)系和物理意義上實現(xiàn)了統(tǒng)一。
　　4.研究了兩種測量

4、模型的條紋解析方法和標(biāo)定方法。測量模型不需要額外參考平面約束，系統(tǒng)適應(yīng)性好；標(biāo)定過程簡單可靠，適合現(xiàn)場實施。對標(biāo)準(zhǔn)塊測量的均方根誤差為6.7μm。對印制電路板錫膏測量的應(yīng)用實驗驗證了本文所設(shè)計的光源投射器在條紋投影三維尺寸測量中的實用性。
　　5.研究了頻閃成像激光光柵條紋相位解析方法。結(jié)合頻閃成像激光光柵條紋在三維測量中的實際情況，在典型的相移法和傅里葉變換方法的基礎(chǔ)上進行改進，引入基于空間平滑約束的相移法、基于小波變換的時頻分