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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 三維光學(xué)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，三維測(cè)量技術(shù)在反求工程、工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)、古文物保護(hù)、質(zhì)量控制和醫(yī)學(xué)美容等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益重要。傳統(tǒng)測(cè)量方法存在著測(cè)量速度慢、與物體表面接觸、不易操作、應(yīng)用范圍狹窄等缺點(diǎn)。而基于光學(xué)全場(chǎng)的三維測(cè)量技術(shù)由于不和物體表面接觸、測(cè)量和處理速度快等優(yōu)點(diǎn)正成為三維檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本作品正是基于這一想法進(jìn)行相關(guān)研究和探索，設(shè)計(jì)一套三維光學(xué)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，三維測(cè)量技術(shù)在反求工程、工業(yè)自動(dòng)檢測(cè)、古文物保護(hù)、質(zhì)量控制和醫(yī)學(xué)美容等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。傳統(tǒng)測(cè)量方法存在著測(cè)量速度慢、與物體表面接觸、不易操作、應(yīng)用范圍狹窄等缺點(diǎn)。而基于光學(xué)全場(chǎng)的三維測(cè)量技術(shù)由于不和物體接觸，測(cè)量和處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，正成為三維檢測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。正是基于這樣一種想法，我們進(jìn)行了相關(guān)的研究和探索，設(shè)計(jì)了這套三維光學(xué)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)。 首先介紹我們?cè)O(shè)計(jì)的基本思路。在傳統(tǒng)的相移系統(tǒng)中，條紋通常是通過(guò)物理光柵得到，同時(shí)條紋圖的相位移動(dòng)也是由光柵的機(jī)械移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用這種方法得到的數(shù)據(jù)精度低。而我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了光學(xué)數(shù)字條紋投影技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)編程和數(shù)字投影儀產(chǎn)生和投影高亮度與高對(duì)比度的標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋，從而提高了系統(tǒng)的分辨率和測(cè)量精度。由于利用軟件精確控制條紋圖間相位移動(dòng)，避免了傳統(tǒng)相移系統(tǒng)帶來(lái)的各種誤差，同時(shí)利用軟件編程可以產(chǎn)生任意間隔的條紋模式圖像。 在得到數(shù)字化的條紋圖后，利用差頻的方法獲取展開(kāi)的相位，并標(biāo)定系統(tǒng)建立展開(kāi)相位圖和三維數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，從而獲取待測(cè)物體的三維形貌。 為了提高該系統(tǒng)的使用性能，我們還利用計(jì)算機(jī)軟件編程，開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單實(shí)用的應(yīng)用操作平臺(tái)，包括數(shù)字圖像的采集，處理和顯示等功能。與其他現(xiàn)有的測(cè)量裝置相比較，該測(cè)量系統(tǒng)具有體積小、便于攜帶、測(cè)量準(zhǔn)確、結(jié)果精確等優(yōu)點(diǎn)。 為了檢驗(yàn)裝置的測(cè)量精度，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)量場(chǎng)的大小為30厘米（寬）x20厘米（高）x10厘米（深），測(cè)量精度為40-60 微米，數(shù)據(jù)處理時(shí)間30秒以內(nèi)，測(cè)量數(shù)據(jù)具有散亂點(diǎn)、網(wǎng)格和光照顯示的功能。這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)說(shuō)明了該測(cè)量裝置的優(yōu)良性能。 目前在國(guó)內(nèi)開(kāi)展對(duì)于這種三位非接觸測(cè)量系統(tǒng)研究的院校還比較少，主要集中在天津大學(xué)，華中科技大學(xué)和上海交通大學(xué)等少數(shù)院校，而市場(chǎng)上成熟的產(chǎn)品還比較少，并且這些產(chǎn)品主要是國(guó)外的一些品牌，例如德國(guó)的GOM公司開(kāi)發(fā)的ATOS系列光柵照相式掃描系統(tǒng)。因此我們這套測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有顯著的科技意義和經(jīng)濟(jì)意義，并且有良好的市場(chǎng)前景。
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 基本思路：本系統(tǒng)采用光學(xué)數(shù)字條紋投影技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)和數(shù)字投影儀產(chǎn)生和投影高亮度與高對(duì)比度的標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋，從而提高系統(tǒng)的分辨率與測(cè)量精度。由于利用軟件精確控制條紋圖間相位移動(dòng)，避免了傳統(tǒng)相移系統(tǒng)帶來(lái)的各種誤差。同時(shí)，通過(guò)軟件編程可產(chǎn)生任意間隔的條紋模式。 創(chuàng)新點(diǎn)：軟件編程和光學(xué)投影系統(tǒng)相結(jié)合產(chǎn)生任意間隔的正弦條紋模式圖。 技術(shù)關(guān)鍵：利用差頻的方法獲取展開(kāi)相位的技術(shù)；展開(kāi)相位圖和三維數(shù)據(jù)之間關(guān)系的建立；三維數(shù)據(jù)的不同顯示方式。 主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量場(chǎng)的大小為30厘米（寬）x20厘米（高）x10厘米（深），測(cè)量精度為40~60 微米，數(shù)據(jù)處理時(shí)間30秒以內(nèi)，測(cè)量數(shù)據(jù)的散亂點(diǎn)、網(wǎng)格和光照顯示
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在傳統(tǒng)的相移系統(tǒng)中，條紋圖通常是通過(guò)物理光柵得到，同時(shí)條紋圖的相位移動(dòng)也是由光柵的機(jī)械移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，從而利用此種方法得到的數(shù)據(jù)精度低。而本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)軟件編程產(chǎn)生不同間隔的標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋模式，通過(guò)數(shù)字投影儀投影高亮度與高對(duì)比度的條紋模式到待測(cè)物體表面，從而提高系統(tǒng)的分辨率與測(cè)量精度（測(cè)量精度可以達(dá)到40到60微米）。同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件編程，開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單實(shí)用的應(yīng)用操作平臺(tái)，包括數(shù)字圖像的采集、處理和顯示等功能。與其他現(xiàn)有的測(cè)量裝置相比較，我們的測(cè)量裝置具有體積小，便于攜帶，測(cè)量準(zhǔn)確，結(jié)果精確等顯著特點(diǎn)。同時(shí)使用的范圍比較廣泛，適合于各種傳統(tǒng)測(cè)量裝置無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量的場(chǎng)合。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獲得河北工業(yè)大學(xué)2011大學(xué)生課外科技作品學(xué)術(shù)競(jìng)賽校級(jí)一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 作品實(shí)物，相關(guān)學(xué)術(shù)論文，ppt,現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在采用了數(shù)字相移條紋投影技術(shù)，測(cè)量具有非接觸、精度較高以及快速的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)相比，該系統(tǒng)測(cè)量范圍廣，尤其是在測(cè)量一些體積小，或者質(zhì)地松軟的物體，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)本系統(tǒng)簡(jiǎn)化了三維光學(xué)測(cè)量?jī)x器的結(jié)構(gòu)，具有體積小，裝置簡(jiǎn)單，便于攜帶等多種優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義，適合于進(jìn)行大規(guī)模的正規(guī)化生產(chǎn)。目前市場(chǎng)上類似的成熟產(chǎn)品還比較少，因此本套系統(tǒng)具有很大的開(kāi)發(fā)前景。
同類課題研究水平概述
- 光學(xué)三維形貌測(cè)量系統(tǒng)是是近年來(lái)發(fā)展迅速并得到廣泛應(yīng)用的一種全新的測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有使用方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量快速等特點(diǎn)。這種科技含量高、技術(shù)先進(jìn)的產(chǎn)品，目前主要由英國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)外大公司所壟斷。例如德國(guó)Steinbichler公司的COMET-400激光三維掃描儀，精度達(dá)到0.02mm，并且具有體積小，便于攜帶的特點(diǎn)。德國(guó)GOM公司的ATOS系列光柵照相式掃描系統(tǒng)，是目前中國(guó)市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的光學(xué)掃描系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)展三維非接觸測(cè)量的院校，主要有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、四川大學(xué)和上海交通大學(xué)等，目前市場(chǎng)上銷售的成熟產(chǎn)品還比較少，而且以國(guó)外產(chǎn)品為主。
