基本信息
- 項目名稱：
- 三維光學數(shù)字化測量系統(tǒng)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，三維測量技術在反求工程、工業(yè)自動檢測、古文物保護、質量控制和醫(yī)學美容等各個領域的應用日益重要。傳統(tǒng)測量方法存在著測量速度慢、與物體表面接觸、不易操作、應用范圍狹窄等缺點。而基于光學全場的三維測量技術由于不和物體表面接觸、測量和處理速度快等優(yōu)點正成為三維檢測領域的熱點。本作品正是基于這一想法進行相關研究和探索，設計一套三維光學數(shù)字化測量系統(tǒng)。
- 詳細介紹：
- 隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，三維測量技術在反求工程、工業(yè)自動檢測、古文物保護、質量控制和醫(yī)學美容等各個領域應用日益廣泛。傳統(tǒng)測量方法存在著測量速度慢、與物體表面接觸、不易操作、應用范圍狹窄等缺點。而基于光學全場的三維測量技術由于不和物體接觸，測量和處理速度快等優(yōu)點，正成為三維檢測領域的熱點。正是基于這樣一種想法，我們進行了相關的研究和探索，設計了這套三維光學數(shù)字化測量系統(tǒng)。 首先介紹我們設計的基本思路。在傳統(tǒng)的相移系統(tǒng)中，條紋通常是通過物理光柵得到，同時條紋圖的相位移動也是由光柵的機械移動來實現(xiàn)，利用這種方法得到的數(shù)據(jù)精度低。而我們設計的系統(tǒng)采用了光學數(shù)字條紋投影技術，利用計算機編程和數(shù)字投影儀產(chǎn)生和投影高亮度與高對比度的標準正弦條紋，從而提高了系統(tǒng)的分辨率和測量精度。由于利用軟件精確控制條紋圖間相位移動，避免了傳統(tǒng)相移系統(tǒng)帶來的各種誤差，同時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的相位，并標定系統(tǒng)建立展開相位圖和三維數(shù)據(jù)之間的數(shù)學關系，從而獲取待測物體的三維形貌。 為了提高該系統(tǒng)的使用性能，我們還利用計算機軟件編程，開發(fā)了簡單實用的應用操作平臺，包括數(shù)字圖像的采集，處理和顯示等功能。與其他現(xiàn)有的測量裝置相比較，該測量系統(tǒng)具有體積小、便于攜帶、測量準確、結果精確等優(yōu)點。 為了檢驗裝置的測量精度，我們在實驗室進行了相關的實驗，所設計系統(tǒng)測量場的大小為30厘米（寬）x20厘米（高）x10厘米（深），測量精度為40-60 微米，數(shù)據(jù)處理時間30秒以內，測量數(shù)據(jù)具有散亂點、網(wǎng)格和光照顯示的功能。這些關鍵數(shù)據(jù)說明了該測量裝置的優(yōu)良性能。 目前在國內開展對于這種三位非接觸測量系統(tǒng)研究的院校還比較少，主要集中在天津大學，華中科技大學和上海交通大學等少數(shù)院校，而市場上成熟的產(chǎn)品還比較少，并且這些產(chǎn)品主要是國外的一些品牌，例如德國的GOM公司開發(fā)的ATOS系列光柵照相式掃描系統(tǒng)。因此我們這套測量系統(tǒng)的開發(fā)具有顯著的科技意義和經(jīng)濟意義，并且有良好的市場前景。
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 基本思路：本系統(tǒng)采用光學數(shù)字條紋投影技術，利用計算機和數(shù)字投影儀產(chǎn)生和投影高亮度與高對比度的標準正弦條紋，從而提高系統(tǒng)的分辨率與測量精度。由于利用軟件精確控制條紋圖間相位移動，避免了傳統(tǒng)相移系統(tǒng)帶來的各種誤差。同時，通過軟件編程可產(chǎn)生任意間隔的條紋模式。 創(chuàng)新點：軟件編程和光學投影系統(tǒng)相結合產(chǎn)生任意間隔的正弦條紋模式圖。 技術關鍵：利用差頻的方法獲取展開相位的技術；展開相位圖和三維數(shù)據(jù)之間關系的建立；三維數(shù)據(jù)的不同顯示方式。 主要技術指標：測量場的大小為30厘米（寬）x20厘米（高）x10厘米（深），測量精度為40~60 微米，數(shù)據(jù)處理時間30秒以內，測量數(shù)據(jù)的散亂點、網(wǎng)格和光照顯示
科學性、先進性
- 在傳統(tǒng)的相移系統(tǒng)中，條紋圖通常是通過物理光柵得到，同時條紋圖的相位移動也是由光柵的機械移動實現(xiàn)，從而利用此種方法得到的數(shù)據(jù)精度低。而本系統(tǒng)利用計算機軟件編程產(chǎn)生不同間隔的標準正弦條紋模式，通過數(shù)字投影儀投影高亮度與高對比度的條紋模式到待測物體表面，從而提高系統(tǒng)的分辨率與測量精度（測量精度可以達到40到60微米）。同時結合計算機軟件編程，開發(fā)了簡單實用的應用操作平臺，包括數(shù)字圖像的采集、處理和顯示等功能。與其他現(xiàn)有的測量裝置相比較，我們的測量裝置具有體積小，便于攜帶，測量準確，結果精確等顯著特點。同時使用的范圍比較廣泛，適合于各種傳統(tǒng)測量裝置無法準確測量的場合。
獲獎情況及鑒定結果
- 獲得河北工業(yè)大學2011大學生課外科技作品學術競賽校級一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 技術轉讓
作品可展示的形式
- 作品實物，相關學術論文，ppt,現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本測量系統(tǒng)的技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在采用了數(shù)字相移條紋投影技術，測量具有非接觸、精度較高以及快速的特點。與傳統(tǒng)的測量技術相比，該系統(tǒng)測量范圍廣，尤其是在測量一些體積小，或者質地松軟的物體，具有明顯的優(yōu)勢。同時本系統(tǒng)簡化了三維光學測量儀器的結構，具有體積小，裝置簡單，便于攜帶等多種優(yōu)點，具有明顯的經(jīng)濟意義，適合于進行大規(guī)模的正規(guī)化生產(chǎn)。目前市場上類似的成熟產(chǎn)品還比較少，因此本套系統(tǒng)具有很大的開發(fā)前景。
同類課題研究水平概述
- 光學三維形貌測量系統(tǒng)是是近年來發(fā)展迅速并得到廣泛應用的一種全新的測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有使用方便、操作簡單、測量快速等特點。這種科技含量高、技術先進的產(chǎn)品，目前主要由英國、德國、日本等國外大公司所壟斷。例如德國Steinbichler公司的COMET-400激光三維掃描儀，精度達到0.02mm，并且具有體積小，便于攜帶的特點。德國GOM公司的ATOS系列光柵照相式掃描系統(tǒng)，是目前中國市場上比較常見的光學掃描系統(tǒng)。目前國內開展三維非接觸測量的院校，主要有清華大學、華中科技大學、天津大學、四川大學和上海交通大學等，目前市場上銷售的成熟產(chǎn)品還比較少，而且以國外產(chǎn)品為主。
