基于相位恢復(fù)的三維形貌復(fù)合通道測量技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、基于相位恢復(fù)的三維形貌復(fù)合通道測量技術(shù)集合了相位和復(fù)合通道的調(diào)制與解調(diào)，具有信息獲取量大、測試精度高等優(yōu)點，因而在航空航天、機器視覺、逆向工程、微結(jié)構(gòu)器件制造等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。伴隨著該技術(shù)的發(fā)展，一系列相關(guān)的科學(xué)技術(shù)問題仍亟待解決。本學(xué)位論文針對條紋投影和白光干涉中的復(fù)合通道測量關(guān)鍵技術(shù)，以及拓展的形貌測量單元關(guān)鍵技術(shù)展開了深入研究，包括:
　　 針對單幀彩色相移條紋投影復(fù)合通道測量中的相位復(fù)原誤差問題，基于多維希爾伯特變換和載

2、頻交疊重構(gòu)法，提出了一種混合盲校正技術(shù)。在無需進行額外的系統(tǒng)預(yù)標定的情況下，有效地抑制和減小了由電子設(shè)備的伽馬(Gamma)效應(yīng)、顏色耦合所引入的相位解調(diào)誤差，實現(xiàn)了對目標三維形貌的單幀、亞毫米精度的測量，算法精度優(yōu)于λeq/38。
　　 針對彩色白光干涉復(fù)合通道測量中感興趣物理量的高精度解碼問題，深入分析了各色彩通道中信號相位與零級條紋位置的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，基于加窗傅里葉變換“脊”(WindowedFouriertransformr

3、idge，WFTR)和相位交叉(Phase-crossing)技術(shù)提出了一種新穎的零位最小二乘估計策略。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所提算法充分利用了干涉信號的色譜信息，對光強噪聲和顏色耦合具有較強的免疫力，無需預(yù)知光源的中心波長和被測件的折射率分布，顯著地提升了微結(jié)構(gòu)器件三維形貌復(fù)原的精度，測量偏差小于3.5nm。
　　 針對條紋投影形貌測量中存在的Gamma畸變，基于傅里葉譜分析(Fourierspectrumanalysis，F(xiàn)SA)

4、理論提出了一種準確、簡便的系統(tǒng)Gamma系數(shù)預(yù)標定校正技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所提策略僅需兩幅空間載頻條紋圖像（其他算法≥32幅），即達到了相似的標定效果。該技術(shù)原理上可被直接應(yīng)用于基于傳統(tǒng)相移算法的輪廓形貌測量，具備快速/動態(tài)測試的潛力。
　　 針對條紋投影形貌測量中存在的鏡頭成像畸變問題，在充分考慮了投影器——相機鏡頭畸變的基礎(chǔ)上，基于普通紅/藍棋盤格標定板提出了一種柔性的非線性迭代形貌測量技術(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，所提方法的柔性

5、體現(xiàn)在:對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置無嚴格要求，方便了測試系統(tǒng)的調(diào)整;綜合考慮了投影器——相機的鏡頭畸變，可根據(jù)需要便捷的將測量模型進行拓展;在迭代復(fù)原三維形貌的同時，優(yōu)化校正了由鏡頭畸變引起的形貌誤差。實驗表明，所提算法的形貌復(fù)原均方根(Rootmeansquare，RMS)誤差小于0.040mm而定位誤差不超過1‰，測量精度相比于現(xiàn)有的線性模型方法提升了8倍以上。
　　 對于白光干涉形貌測量，深入分析了干涉信號的頻率、相位信息，光源中心

6、波長，微位移裝置掃描間隔和零級條紋位置之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，將抗噪性能優(yōu)異、信號局部分析能力強的加窗傅里葉變換(WindowedFouriertransform，WFT)引入到了灰度白光干涉信號的解調(diào)，分別提出了一種單點相位補償技術(shù)和一種多點最小二乘擬合估計技術(shù)。與以往的包絡(luò)峰值點檢測算法相比，所提兩種算法具有更強的魯棒性和抗噪性能，且無需預(yù)知光源的中心波長和被測件的折射率分布，即可實現(xiàn)偏差在6nm以內(nèi)的高精度三維形貌測量。
　　 將