介觀尺度零件變視場結(jié)構(gòu)光顯微立體視覺測量方法研究.pdf

1、微系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展對尺寸范圍在0.1mm~10mm的介觀尺度零件的有效測試提出了日益迫切的需求。介觀尺度零件由于其尺寸小、易集成、能耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在國防工業(yè)、航空航天、微電子、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用及前景。目前在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的微型測試技術(shù)主要是用于檢測二維和準(zhǔn)三維的微型零件，無法直接用于有效檢測具有復(fù)雜形面的介觀尺度零件?，F(xiàn)有介觀尺度零件的測試水平和測試裝備與介觀尺度復(fù)雜形面零件測試需求之間的矛盾逐漸凸現(xiàn)，成為制約微

2、系統(tǒng)技術(shù)快速發(fā)展的瓶頸。
　　本論文針對介觀尺度零件個(gè)體尺寸差異較大的特點(diǎn)，提出了基于大倍率變焦雙遠(yuǎn)心投影鏡頭與遠(yuǎn)心立體視覺相結(jié)合的結(jié)構(gòu)光顯微立體視覺測量方法。首先，針對現(xiàn)有投影光學(xué)系統(tǒng)在介觀尺度存在的變焦能力有限、非物方遠(yuǎn)心等問題，研究了適用于介觀尺度的大倍率變焦物像雙遠(yuǎn)心投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。近軸設(shè)計(jì)方面，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法主要停留在小倍率變焦設(shè)計(jì)，而且當(dāng)放大倍率經(jīng)過m=-1時(shí)存在奇值。對此，首先針對三鏡組結(jié)構(gòu)的雙遠(yuǎn)心變焦鏡頭進(jìn)行了

3、近軸設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并且對三鏡組結(jié)構(gòu)的雙遠(yuǎn)心變焦系統(tǒng)作了詳細(xì)的分類。針對三鏡組結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在物像共軛的情況下較難實(shí)現(xiàn)大倍率變焦的情況，提出了四鏡組結(jié)構(gòu)的物像共軛雙遠(yuǎn)心變焦系統(tǒng)的近軸設(shè)計(jì)方法。將四鏡組結(jié)構(gòu)雙遠(yuǎn)心變焦系統(tǒng)分為6類。對于每一類結(jié)構(gòu)，都給出了其詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型和近軸設(shè)計(jì)方法。像差設(shè)計(jì)方面，對現(xiàn)有的像差設(shè)計(jì)方法作了改進(jìn)，將全部三階像差都引入到設(shè)計(jì)模型之中。提出了像差變化的概念，包括中心拉格朗日變化，中心物像共軛變化，以

4、及中心光闌變化，并推導(dǎo)了相應(yīng)的像差變化公式。提出了薄透鏡模型設(shè)計(jì)方法，厚透鏡模型設(shè)計(jì)方法，以及混合模型設(shè)計(jì)方法?；谝陨涎芯砍晒?，完成了雙遠(yuǎn)心變焦鏡頭的設(shè)計(jì)。公差分析以后，設(shè)計(jì)加工了鏡組機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，最終對鏡組進(jìn)行了裝調(diào)檢測。最后，針對基于遠(yuǎn)心鏡頭的結(jié)構(gòu)光雙目立體視覺展開研究。首先給出了遠(yuǎn)心鏡頭成像的數(shù)學(xué)模型。在遠(yuǎn)心鏡頭標(biāo)定方面，改進(jìn)了基于二維靶標(biāo)的標(biāo)定算法，并且提出了基于三維靶標(biāo)的標(biāo)定算法以及遠(yuǎn)心立體視覺圖像矯正算法，包括畸變圖像矯正