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基于相移轮廓术的高三维帧率孤立运动物体重建
摘要： 近期，基于相位偏折术（PSP）的移动物体重建技术引发了广泛研究。该技术已成功解决了PSP内部运动导致的误差问题。然而，在测量具有不连续表面或孤立表面的物体并采用时域相位解包裹方法时，需要额外的条纹图案来解包裹相位图。PSP条纹图案与额外条纹图案之间的物体运动会引发解包裹误差。本文提出了一种重建具有不连续或孤立表面的移动物体的新方法：通过追踪物体运动并分析其运动对相位图的影响，获取运动导致的相位变化；基于该相位变化对运动后物体的相位图进行补偿，从而获得运动前物体的相位图；最终采用双频相位解包裹方法实现物体重建。同时，本文还提出了一种提升三维帧率效率的新型投影策略，使三维帧率达到相机捕获速度的一半。该方法在工业应用中具有实时测量移动物体的高潜力，实验验证了其有效性。
关键词： 边缘分析、表面测量、相移、相位测量
更新于2025-09-23 15:23:52
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用于超精密惯性参考传感器的球形检验质量块的干涉表面测绘
摘要： 在我们对适用于空间应用的新型惯性参考传感器的研究中，我们探索了一种利用球形检验质量块光学读出的设计方案。该概念可实现完全无拖曳运行，从而将检验质量块的残余加速度噪声降至最低。该传感器的主要局限在于：由于检验质量块表面形貌以及旋转引发的路径长度变化，会导致其质心位置测定产生误差。解决方案之一是采用表面形貌图对测量数据进行校正，从而提高位置测定的精度。本文展示了我们对球体进行一维干涉法表面形貌测量的结果（实现了约10纳米的不确定度），这是实现完整表面形貌图的第一步。测量装置由两个相对配置的外差干涉仪组成，在旋转台持续转动球体的同时测量其表面形貌。
关键词： 图形、粗糙度、表面、粗糙度、干涉测量法、表面测量
更新于2025-09-23 15:22:29
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非零位干涉检测中自由曲面的错位校正
摘要： 与旋转对称表面不同，自由曲面具有复杂的自由度，因此更难进行对准。本研究基于计算机建模，提出了一种实用且精确的校正方法，用于消除非零位干涉检测系统中自由曲面的错位问题。通过逐步建模和校正由轴向位置误差、旋转误差及非轴向姿态误差引入的错位像差。在计算机模型中，将自由曲面的轴向与非轴向位置从理想位置调整至实际实验中的错位位置以实现校正。由于建模位置被调整为与实际情况一致，所有错位像差均可通过重建算法从测试波前中消除。计算机模拟结果验证了所提方法的准确性。对准后的实验结果显示，其与泰勒霍普森轮廓仪的测量结果基本一致，其中轮廓线的峰谷（PV）值误差优于1/30λ。
关键词： 图形、表面测量、干涉测量法、自由曲面
更新于2025-09-23 15:22:29
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使用微型位移传感器进行特殊表面测绘的测量系统
摘要： 该工作的目标是设计一个专门系统，用于测量具有重复几何形状的元素或由重复组件组成的、呈线性排列的装配体。主要重点是基于开发一个计算机程序，用于分析来自可变数量微型位移传感器的信号。设定每个传感器对测量尖端位移的响应是一个0-5V电压信号，并可使用不同类型的传感器。要求是根据计划的测量方法确定的。为测试计算机程序，制作了传感器的特殊设计。如果已知传感器的特性，则可以计算A类不确定度评估。结果以XY图表形式显示在计算机屏幕上。该程序允许用户选择任意数量的传感器并确定它们之间的距离。此外，还提供了传感器组校准的可能性。测试是在使用3D打印机制作的传感器原型手柄上进行的。
关键词： 线性位移传感器，表面测量，传感器矩阵
更新于2025-09-23 15:21:01
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通过轴向调节工作距离实现纳米坐标测量仪中高频焦点距离调制光纤耦合共焦点传感器对表面的连续横向扫描 / 使用纳米坐标测量系统和高速焦点距离调制光纤耦合共焦传感器进行表面的横向闭环扫描
摘要： 本文通过采用纳米坐标测量系统(NMM-1)[4]和新型高频焦距调制共焦点传感器进行闭环线扫描，实现了表面测量。该传感器在保持共焦测量已知优势的同时，创新性地将光纤耦合的共焦照明与检测、用于焦距调制的声学驱动梯度折射率流体透镜(TAG透镜)[10]以及采用锁相放大器的新型信号处理技术相结合。这种新配置能够在扫描样品模式下实现近似线性的特性曲线，从而优化坐标测量系统的反馈控制。本文重点阐述了该传感器在坐标测量系统中的实施与应用，并对比传统轴向阶梯层扫描，突出了保持样品与物镜间距恒定的横向闭环扫描优势。
关键词： 共聚焦传感器、表面测量、纳米坐标测量机
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于迭代算法的双模相移干涉测量术
摘要： 干涉测量法是测量光程差（OPD）的一种基础而强大的方法。相位移动策略的应用使干涉测量法能够广泛应用于全场测量，如三维成像、物理场传感和表面测量。相位移动干涉测量法（PSI）在横向和深度方向上都具有高分辨率的优势，这源于其时间相位移动操作——在该过程中，光程差会规律地逐步增加（或减少）。但与此同时，相位移动也构成了其主要缺点：对环境振动的敏感性。在相位移动过程中，光程差的增量非常微?。ㄍǔＮ擅祝?，因此极易受到环境不稳定因素的干扰。由于振动导致的相位移动误差，传统相位提取算法[1]不再适用，研究人员已开发多种方法来减小振动对PSI的影响，例如同步相位移动法[2,3]和相位移动误差检测补偿法[4,5]。这两种方法都需要改造干涉仪且配置复杂。近年来，通用相位恢复算法被提出用于从任意相位移动的干涉图中恢复波前相位[6-9]，展现出抗振潜力。基于"条纹对应2π相位"的关系，这类算法通过分析干涉条纹评估相位移动量，再采用最小二乘法（LS）计算波前相位。其中迭代算法[10-14]因不受被测表面限制且计算近似少而表现优异。该类算法将波前相位视为未知量，利用采集的相位移动干涉图构建代数方程并通过迭代求解。但迭代算法需要初始值作为起点，其收敛性很大程度上取决于初始值与实际值的偏差——由于实际值未知，迭代算法的抗振性取决于初始值的估算精度。通常该初始值为预设相位移动量：弱振动时实际相位移动与预设值偏差较小，迭代可快速收敛获得准确结果；强振动时两者偏差较大则可能导致迭代不收敛，无法计算波前相位。另一方面，也可将预估波前相位作为迭代算法的初始值输入[12,15]。文献[12]中因采用传统相位恢复算法估算的波前相位误差较大，迭代难以收敛至准确值；文献[15]则从抗振的空间载波干涉图中估算波前相位，但实施时需倾斜被测表面引入空间载波，可能导致横向位移使方法失效。本文提出双模式相位移动干涉测量法（DMPSI）以增强迭代算法的抗振性，该方法利用相机的合并功能。其基本原理是：先从快速采集的干涉图系列中估算波前相位，再将该估算值作为高分辨率干涉图迭代计算的初始值。此方法不依赖干涉仪硬件，仅需具备合并功能的相机，因而适用于各类干涉仪。我们首先研究典型迭代算法的振动敏感性，继而详述DMPSI原理，最后通过仿真与实验验证其有效性。
关键词： 表面测量、相移干涉法、像素合并、迭代算法
更新于2025-09-09 09:28:46