激光高速掃描頻閃成像三維尺寸測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在三維尺寸測(cè)量中，常用的數(shù)字光處理技術(shù)(Digital Light Processing, DLP)難以投射出高空間分辨率、連續(xù)的正弦光柵條紋，刷新速率也受限；激光干涉原理產(chǎn)生的條紋對(duì)比度不理想，系統(tǒng)復(fù)雜，適應(yīng)性較差。這些問題限制了其在高精度微小尺寸、具有復(fù)雜反光特性的表面器件（半導(dǎo)體、微電子器件等）的精密在線測(cè)量場(chǎng)合的應(yīng)用。針對(duì)三維尺寸測(cè)量在測(cè)量速度、精度和適應(yīng)性方面存在的問題，論文設(shè)計(jì)了一種高速掃描頻閃成像激光光柵條紋投射器，研究了

2、頻閃成像三維測(cè)量原理。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.提出了一種高速掃描頻閃成像激光光柵條紋投射方案，方案綜合了光柵條紋整體投射測(cè)量速度快和線結(jié)構(gòu)激光測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。研究了頻閃投射成像原理，完成了光學(xué)與機(jī)械系統(tǒng)、光電探測(cè)電路以及FPGA實(shí)時(shí)控制電路的設(shè)計(jì)。
　　2.根據(jù)頻閃投射成像的特點(diǎn)分析了投射的條紋特性。投射的高亮度激光光柵條紋精細(xì)且密度高，刷新頻率快，并能實(shí)現(xiàn)條紋頻率、脈寬、相位變化的實(shí)時(shí)控制。通過理論和實(shí)驗(yàn)分析了條

3、紋的線寬、密度、相移以及正弦分布特性，既可以作為高密度的準(zhǔn)正弦光柵條紋，也可以作為精密的多線結(jié)構(gòu)光應(yīng)用于三維尺寸精密測(cè)量中。
　　3.設(shè)計(jì)并組建了針對(duì)微小尺寸、具有復(fù)雜反射率表面金屬器件的頻閃成像三維尺寸測(cè)量系統(tǒng)。研究了系統(tǒng)的三維測(cè)量原理，提出了空間角度約束測(cè)量模型，并根據(jù)條紋脈寬調(diào)制特性實(shí)例化為兩種可方便實(shí)現(xiàn)的空間相位映射模型和多線結(jié)構(gòu)光光平面約束模型。兩種測(cè)量模型在數(shù)學(xué)關(guān)系和物理意義上實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一。
　　4.研究了兩種測(cè)量

4、模型的條紋解析方法和標(biāo)定方法。測(cè)量模型不需要額外參考平面約束，系統(tǒng)適應(yīng)性好；標(biāo)定過程簡(jiǎn)單可靠，適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)塊測(cè)量的均方根誤差為6.7μm。對(duì)印制電路板錫膏測(cè)量的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的光源投射器在條紋投影三維尺寸測(cè)量中的實(shí)用性。
　　5.研究了頻閃成像激光光柵條紋相位解析方法。結(jié)合頻閃成像激光光柵條紋在三維測(cè)量中的實(shí)際情況，在典型的相移法和傅里葉變換方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，引入基于空間平滑約束的相移法、基于小波變換的時(shí)頻分