[發(fā)明專利]靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810536422.9
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108507496A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設計）人: 張偉;王生懷;鄧小雯;劉強;張光國;王歡;王紅霞
• 申請（專利權）人: 湖北汽車工業(yè)學院
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

1.一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)，包括計算機(1)、CCD攝像機(2)、伺服電機(3)、透鏡準直系統(tǒng)(6)、可調光源(8)、載物臺(9)、正弦光柵(10)和被測物體(11)，其特征在于：所述正弦光柵(10)置于被測物體(11)的上方，所述被測物體(11)置于載物臺(9)上；所述載物臺(9)與正弦光柵(10)平行布置，二者之間存在一定的距離；所述伺服電機(3)位于載物臺(9)的下方，用于驅動載物臺(9)進行連續(xù)相移運動；所述可調光源(8)通過透鏡準直系統(tǒng)(6)投射出平行光照射到正弦光柵(10)上；所述CCD攝像機(2)位于正弦光柵(10)的上方，攝像頭正對正弦光柵(10)，用于采集moiré變形條紋圖；所述計算機(1)與CCD攝像機(2)連接，用于控制CCD攝像機(2)采集moiré變形條紋圖并進行圖像處理；所述計算機(1)和伺服電機(3)連接，用于控制伺服電機(3)進行連續(xù)相移運動。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)，其特征在于：還包括測量靈敏度可調機構，其包含：步進電機(4)、旋轉電機(5)和帶動支架(12)；所述步進電機(4)與帶動支架(12)的一端相連，帶動支架(12)的另一端與透鏡準直系統(tǒng)(6)相連，步進電機(4)用于驅動帶動支架(12)以及透鏡準直系統(tǒng)(6)作水平運動；所述旋轉電機(5)與透鏡準直系統(tǒng)(6)連接，用于調整入射光角度；所述步進電機(4)和旋轉電機(5)均由計算機(1)進行控制。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)，其特征在于：所述可調光源(8)由計算機(1)進行控制并可以調節(jié)光源輸出光強。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)，其特征在于：所述透鏡準直系統(tǒng)(6)中的準直光源與CCD攝像機(2)的攝像頭在同一水平面。

5.一種應用權利要求1至4中任一項所述的靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)進行測量的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一，計算機(1)控制步進電機(4)和旋轉電機(5)的運動，進而調節(jié)透鏡準直系統(tǒng)(6)調整入射光角度；

步驟二，計算機(1)控制可調光源(8)并經由透鏡準直系統(tǒng)(6)投射平行光到正弦光柵(10)；

步驟三，計算機(1)控制伺服電機(3)的運動，使載物臺(9)向下遠離正弦光柵(10)或者向上接近正弦光柵(10)進行連續(xù)相移運動，同時計算機(1)控制CCD攝像機(2)獲得條紋圖上任一點灰度值在載物臺(9)連續(xù)相移運動時的變化規(guī)律；

步驟四，計算機(1)控制伺服電機(3)使載物臺(9)上被測物體(11)進行相移并根據(jù)步驟三中所述變化規(guī)律調節(jié)可調光源(8)的光強進行條紋圖光強補償，保證條紋圖條紋對比度的一致性；

步驟五，計算機(1)控制CCD攝像機(2)實時獲得對應的條紋圖對比度一致的moiré變形條紋圖；

步驟六，計算機(1)通過驅動伺服電機(3)使載物臺(9)產生干涉條紋，得到對應的變形條紋，計算處理變形條紋獲得被測表面測量信息并顯示。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種應用靈敏度可調的Shadow Moiré測量系統(tǒng)進行測量的方法，其特征在于：所述變形條紋圖的光強分布函數(shù)為：

其中，I(x,y)為攝像機拍攝條紋圖上像素(x,y)的光強，I_b(x,y)為背景光強，I_m(x,y)為調制條紋振幅，為像素(x,y)的相位；

所述干涉條紋對應的變形條紋為I₁、I₂、I₃、I₄，則

其中：通過計算處理變形條紋獲得被測表面對象點的高度z(x,y)為：

其中，p為光柵節(jié)距，準直光源與CCD攝像頭在同一水平面；β為入射光角度；在p、β確定后，被測物向上(或者向下)連續(xù)相移運動對應條紋光強變化一個周期，亦即是測量靈敏度。