[发明专利]光学三维轮廓测量中正弦光栅的设计

说明书

技术领域

本发明涉及光学三维轮廓测量领域，特指正弦图样的投影光栅。

背景技术

非接触光学三维轮廓测量技术被广泛应用在CAD/CAM、逆向工程、快速原型及虚拟现实等领域中，其研究方法主要有莫尔轮廓术、位相测量轮廓术、傅里叶变换轮廓术和空间位相检测等，上述的轮廓测量方法都需要向物体表面投射正弦图样，因而，正弦光栅的设计是保证三维轮廓测量精度的必要条件。

发明内容

本发明使用空间维均值宽度调制的方法设计正弦光栅，即使用高频方波作为载波调制正弦波，空间维均值宽度调制是将正弦波                                                的区间分为长度相等的个区间，以原点为起点对区间进行编号，编号为，各个区间与轴的交点为：x_-N,则第号区间可以表示为：，第号区间可以表示为：，如果方波高度为，则调制后的第个脉冲在时间轴上的起点、终点和波形宽度可以表示为：

          (1)

          (2)

                       (3)

按照均值宽度调制调制原理第-j个脉冲在时间轴上的起点、终点和分别为，， 。经空间维均值宽度调制后可形成的不等间距二进制条纹，使用该二进制条纹刻制光栅，将该光栅应用到光学三维轮廓测量工程技术中，由于该光栅经镜头向被测物体表面可以投射明暗对比度较高的正弦图样，因此，可以保证三维轮廓测量工程中对精度的要求。

附图说明

图1空间维均值宽度调制后的二进制波形与正弦波

          图2正弦光栅

          图3正弦光栅频谱。

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本发明做进一步详细说明,如图1所示，一个周期的正弦波，它的周期，，方波的频率，为任意正整数，图1中取，，则每个方波在轴上的起点和终点如下：

 

      宽度没有包含从到和到的宽度，则应在中加入这两个宽度值，用表示加入从到和到的宽度，即，且。

如图2是在长度上生成间距为和二进制条纹并刻制出的光栅。

如图3为该光栅的频谱分析，由傅里叶变换公式：

         (5)

由于均值宽度调制后的波形为奇函数，所以，，，

时，的系数分别为：，，，，，，，，，，，，，，，从得到的系数和图3上可以得出如下结论：使用空间维均值宽度调制方法得到的光栅，对各种谐波均有很好的抑制效果，该光栅经镜头可以向被测物体表面投射高质量的正弦图样。