區(qū)域表面結(jié)構(gòu)非接觸測量與特征評定方法研究.pdf

1、表面結(jié)構(gòu)指的是表面的幾何結(jié)構(gòu)以及相關(guān)的幾何特征。表面結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程產(chǎn)品中發(fā)揮著重要作用，表面計(jì)量學(xué)科當(dāng)前正經(jīng)歷著從二維輪廓到三維區(qū)域、從隨機(jī)表面到結(jié)構(gòu)表面表征的轉(zhuǎn)變。區(qū)域表面結(jié)構(gòu)測量相比輪廓測量，其參數(shù)具有更全面的功能意義、更好的重復(fù)性以及更有效的視覺表達(dá)。現(xiàn)有的光學(xué)顯微圖像測量和白光顯微干涉測量可分別用于區(qū)域表面結(jié)構(gòu)二、三維尺度的非接觸測量，但這兩種測量方法的測量視場和橫向分辨率受限于物鏡數(shù)值孔徑，且一般不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)二、三維尺度的同步

2、測量。同時(shí)，現(xiàn)有的表面結(jié)構(gòu)評定方法已不能滿足區(qū)域表面結(jié)構(gòu)的評定要求。
　　 針對上述問題，本文展開了系統(tǒng)而深入的研究，并提出了相應(yīng)的解決方法，全文的主要創(chuàng)新和研究工作如下：
　　 提出了一種光學(xué)顯微圖像測量和白光顯微干涉測量互融的區(qū)域表面結(jié)構(gòu)非接觸測量方法，既能滿足對二維幾何尺寸的測量，又能滿足對三維表面結(jié)構(gòu)的測量，解決了現(xiàn)有的光學(xué)顯微圖像測量和白光顯微干涉測量對區(qū)域表面結(jié)構(gòu)在二、三維尺度測量之間不能兼顧和效率低下的問題

3、。
　　 提出了一種以顯微干涉圖像灰度值歸一化標(biāo)準(zhǔn)方差為依據(jù)的白光干涉測量條紋自動搜索定位方法，解決了現(xiàn)有白光干涉測量人工尋找干涉條紋造成的效率低下的問題。
　　 建立了以測量系統(tǒng)自身的計(jì)量系統(tǒng)來標(biāo)定CCD 攝像機(jī)和計(jì)算CCD與水平工作臺夾角的數(shù)學(xué)模型，解決了一般圖像測量系統(tǒng)需借助外部設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定和夾角測量的問題。
　　 構(gòu)建了非正交水平工作臺移動策略，用于光學(xué)顯微圖像無縫拼接測量和白光顯微干涉無縫拼接測量，減小

4、了拼接量，擴(kuò)大了這兩種測量方法的橫向測量范圍，解決了這兩種測量方法的測量視場與橫向測量分辨率受限于物鏡數(shù)值孔徑的問題。
　　 提出了基于灰值預(yù)處理的區(qū)域合并算法，解決了區(qū)域表面結(jié)構(gòu)過度分割的問題。擴(kuò)展了3D-Motif 評定方法，解決了區(qū)域性差異較大的表面結(jié)構(gòu)的分析與評定的問題。
　　 研制了測量區(qū)域表面結(jié)構(gòu)的二、三維光學(xué)顯微測量系統(tǒng)，自主設(shè)計(jì)了復(fù)合光學(xué)顯微系統(tǒng)、三維精密位移系統(tǒng)及相應(yīng)的硬件電路，開發(fā)了光學(xué)顯微圖像測量、