条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及Shadow Moir6测量系统，具体是一种基于相移技术的条纹图对比度自 动补偿Shadow Moir6测量系统。
【背景技术】
[0002] Shadow Moir6非接触式三维光学表面测量技术，是利用光投射到光栅上，在被测 物表面产生阴影光栅，而阴影光栅受到被测物表面形状的调制会发生变形，从CCD摄像机 处观测到阴影光栅与光栅重叠形成moir6变形条纹。变形条纹中包含有物体表面信息，通 过分析变形条纹获得被测表面形貌信息，并采用相移技术提高测量精度。Shadow Moir6光 学三维测量技术由于具有非接触性、高精度和全场显示等优点，广泛应用在计算机视觉、机 械零件的仿形加工、力学研究中的形状及离面位移测量、复杂物体的三维建模以及医学测 量等领域。
[0003] 相移的Shadow Moir6测量中，通过获取不同相位的条纹图进行处理条纹图信息， 这一过程中，由于被测物体远离光栅形成相移条纹图，从而导致条纹图条纹对比度逐渐降 低，进而会影响后续相位提取及相位解包，因此条纹对比度自动补偿能够提高测量的稳定 性和测量精度，但相对需要测量系统。
【发明内容】
[0004] 本发明为了能够提高条纹图对比度自动补偿测量的稳定性和测量精度，需要一种 测量系统，特提出一种基于相移技术的条纹图对比度自动补偿功能的Shadow Moir6测量系 统。
[0005] 本发明的技术方案为，条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，包括可调 光源和载物台，其特征在于：载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光 源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制 的阴影光栅重叠形成moir6条纹图，产生的moir6变形条纹图通过C⑶摄像机采集处理传 输至控制系统。
[0006] 进一步的改进在于：正弦光栅与载物台平行。
[0007] 进一步的改进在于：正弦光栅的节距为P，其中P的节距为0. 08mm或者0.1 mm或 者 0· 25mm。
[0008] 进一步的改进在于：可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上 和正弦光栅平面垂直方向成入射角度其中α角度为30°或者45°或者60°，C⑶摄 像机在和正弦光栅平面垂直方向为β角度处采集moir6条纹，其中β角度为0°即可。
[0009] 进一步的改进在于：载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统。
[0010] 有益效果： 本发明在使用时可调光源经过透镜准直系统投射平行光到正弦光栅，正弦光栅与经由 被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moir6条纹，并可在C⑶摄像机处观测到；并通过 计算控制CCD摄像机在连续相移运动中，获得条纹图上任一点灰度值变化，并计算分析光 强补偿规律；根据光强补偿规律由计算机控制可调光源光强，并进行相移、条纹图采集。本 系统由计算机进行控制实现条纹图采并保持采集条纹图条纹对比度基本一致，并对获取变 形条纹进行信息处理计算三维测量信息并显示；该三维测量系统最显著特征：能够自动调 节光强补偿条纹图条纹对比度变化，提高测量可靠性和测量精度，并快速显示测量结果；适 用于表面非接触三维光学测量，具有较高的条纹图对比度，能够有效提高条纹图相位质量 及处理速度。
[0011] 正弦光栅与载物台平行是为了保证获得正确的图像。
[0012] 正弦光栅的节距为P，P越小则条纹密度越高，但是P太小会产生光的衍射影响条 纹质量，因此P的取值受到限制。
[0013] 可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅平面垂 直方向成α角度，C⑶摄像机在和正弦光栅平面垂直方向为β角度处采集moir6条纹。 通过调整α角和β角可以调整 m〇ir6条纹的条纹密度。
[0014] 载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统，伺服电机使载物台上被测物进行相 移并根据图3调节可调光源的光强进行条纹图光强补偿，保证条纹图条纹对比度的一致 性，同时控制系统控制CCD摄像机实时获得对应的条纹图对比度一致的变形moir6条纹图。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明三维测量系统结构及整体布局。
[0016] 图2是本发明测量系统测量过程。
[0017] 图3是本发明测量过程中连续相移运动时光强变化曲线的载物台远离光栅示意 图。
[0018] 图4是本发明测量过程中连续相移运动时光强变化曲线的载物台接近光栅示意 图。
[0019] 图中1是可调光源，2是透镜准直系统，3是正弦光栅，4是被测物体，5是载物台，6 是伺服电机，7是C⑶摄像机，8是控制系统。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0021] 基于相移技术的条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，包括可调光源1 和载物台5,载物台5上设有被测物体4,被测物体4上方设有正弦光栅3 ;可调光源1通过 透镜准直系统2投射出平行光照射到正弦光栅3上，正弦光栅3经由被测物4表面形状调 制的阴影光栅重叠形成moir6条纹图，产生的moir6变形条纹图通过(XD摄像机7采集处 理传输至控制系统8。
[0022] 正弦光栅3与载物台5平行。
[0023] 正弦光栅3的节距为P，其中P的节距为0. 08mm或者0.1 mm或者0. 25mm。
[0024] 可调光源1通过透镜准直系统2投射出平行光照射到正弦光栅3上和正弦光栅3 平面垂直方向成入射角度其中α角度为30°或者45°或者60°，CXD摄像机7在和 正弦光栅3平面垂直方向为β角度处采集moir6条纹，其中β角度为0°即可。
[0025] 载物台5下设有伺服电机6,并连接至控制系统8。
[0026] 如图1所示，在使用时本发明是一种于相移具有条纹图对比度自动补偿功能的 Shadow Moir6测量系统。
[0027] 控制系统8控制可调光源1并经由透镜准直系统2投射平行光到正弦光栅3， 控制系统8控制伺服电机6使载物台5向下远离光栅3或者向上接近光栅3连续相移 运动，同时控制系统8控制CXD摄像机7获得条纹图上任一点灰度值在载物台5连续相移 运动的变化规律，如图3、4。
[0028] 控制系统8控制伺服电机6使载物台5上被测物进行相移并根据图3、4调节可调 光源2的光强进行条纹图光强补偿，保证条纹图条纹对比度的一致性；同时控制系统8控制 CCD摄像机7实时获得对应的条纹图对比度一致的变形moir6条纹图。变形条纹图的光强 分布函数为：
【主权项】
1. 条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，包括可调光源和载物台，其特征 在于：载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光源通过透镜准直系统 投射出平行光照射到正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成 moir6条纹图，产生的moir6变形条纹图通过(XD摄像机采集处理传输至控制系统。
2. 根据权利要求1所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，其特征在 于：正弦光栅与载物台平行。
3. 根据权利要求1或2所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，其特征 在于：正弦光栅的节距为P，其中P的节距为〇· 〇8mm或者0· Imm或者0· 25mm。
4. 根据权利要求1或2所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，其特征 在于：可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅平面垂直方 向成入射角度其中α角度为30°或者45°或者60°，C⑶摄像机在和正弦光栅平面 垂直方向为β角度处采集moir6条纹，其中β角度为0°即可。
5. 根据权利要求1所述的条纹图对比度自动补偿Shadow Moir6测量系统，其特征在 于：载物台下设有伺服电机，并连接至控制系统。
【专利摘要】本发明为条纹图对比度自动补偿Shadow Moiré测量系统，包括载物台上设有被测物体，被测物体上方设有正弦光栅；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到与载物台平行的正弦光栅上，正弦光栅经由被测物表面形状调制的阴影光栅重叠形成moiré条纹图，产生的moiré变形条纹图通过CCD摄像机采集处理传输；正弦光栅的节距为P，其中P的节距为0.08mm或者0.1mm或者0.25mm；可调光源通过透镜准直系统投射出平行光照射到正弦光栅上和正弦光栅成入射角度α，CCD摄像机在和正弦光栅为β角度处采集moiré条纹，载物台下设有伺服电机。获得条纹图上任一点灰度值变化规律，自动调节光强补偿条纹图条纹对比度变化,实现条纹图采集并保持对比度基本一致，提高测量可靠性和测量精度，适用于表面非接触三维光学测量。
【IPC分类】G01B11-25
【公开号】CN104634278
【申请号】CN201510094078
【发明人】张伟, 任爱华, 曾国华, 孙国兴, 刘强, 王欢, 王红霞
【申请人】湖北汽车工业学院
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月3日