《雙波長光纖干涉條紋投射三維形貌測量方法研究》是依託天津大學，由段發階擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雙波長光纖干涉條紋投射三維形貌測量方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：段發階
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
相位輪廓術是三維形貌測量的重要手段，動態、高精度相位輪廓測量技術是研究熱點之一。本項目擬發展一種雙波長光纖干涉條紋投射三維形貌測量新方法，利用波分復用技術、馬赫-澤德干涉結構及楊氏雙孔干涉原理實現雙頻干涉條紋投射，利用光纖端面的菲涅爾反射、雷射器內調製技術實現干涉臂相位差的精確測量與控制，進而實現投射條紋相位的精確控制。針對動態測量要求及雙波長光纖干涉條紋投射的特點，在大調製度正弦相位調製同步積分的基礎上，設計了一種基於雙波長光纖干涉條紋投射、正弦相位調製的分時同步積分測量新方案，同時利用菲涅爾反射信號實現相位調製度精確控制及基於PGC的干涉臂初相位測量，實現雙頻相位包裹圖的快速獲取。為實現步進相移三維形貌測量，提出了一種基於交流小相位內調製技術的干涉臂相位差測量與控制方法，進而實現雙頻投射條紋的高精度閉環步進相移。採用雙頻相位去包裹技術並結合光纖干涉條紋投射模型，恢復物體三維形貌信息。
結題摘要
本項目發展了一種光纖干涉條紋投射三維形貌測量方法，利用馬赫-澤德干涉結構及楊氏雙孔干涉原理實現干涉條紋投射，分別採用壓電陶瓷外調製技術及雷射器內調製技術實現投射條紋相位調製，運用傅立葉變換輪廓術和大調製度正弦相位調製同步積分完成相位求解，同時套用菲涅爾反射信號實現相位調製度精確控制。採用相位去包裹技術並結合光纖干涉條紋投射模型，實現了物體三維形貌信息的高精度測量。主要研究內容如下： 1、提出基於M-Z光纖干涉儀結構和楊氏雙孔干涉理論在小視場範圍內投射高密度條紋結構光方案，建立光纖干涉條紋投射系統的數學模型，通過仿真研究系統參數對投射條紋性質的影響；構建光纖干涉條紋投射三維形貌測量的數學模型，並研究光纖輸出端面和相機鏡頭連線與被測物體參考平面在非平行條件下的干涉條紋相位信息與實際三維坐標信息的對應關係。 2、研究基於壓電陶瓷外調製技術光纖干涉條紋投射相位測量輪廓術，並分別使用傅立葉變換法和正弦相移同步積分算法進行相位求解。為補償干涉條紋隨機相位波動，利用光纖干涉臂輸出端面菲涅爾反射信號實現閉環相位穩定控制，研究通過直流相位跟蹤和交流相位跟蹤相位穩定控制方法，並獲得了5.25mrad的相位穩定度。 3、研究基於雷射器內部調製的光纖干涉條紋投射系統，通過改變注入電流方式實現波長調諧，系統在考慮伴生調幅情況下利用正弦相位同步積分方法實現相位求解；利用相位生成載波技術實現初始相位值求解，並通過調節相位調製度適應不同的伴生調幅值，減少初始相位對系統測量的影響；運用菲涅爾端面反射技術實現干擾相位信息求解並補償回雷射器調製信號中。 4、在實驗室內光學防震平台上搭建基於壓電陶瓷外調製光纖干涉條紋投射系統試驗系統，分析系統使用核心器件參數；採用隱式標定法實現對測量系統結構參數的快速獲取，並通過誤差分析對系統結構參數進行最佳化設定。分別對鋁板、圓形模具及凸槽進行實際測量，結果表明其相對測量精度達1‰。
