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专利号: 2024100499831
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-04-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:包括以下步骤,步骤1:三维表面形貌测量的系统产生并记录包含未知等步长随机相移值 的三幅激光干涉图,基于干涉原理计算得出每一幅激光干涉图的光强值表达式,;

;式1

式1中,x和y表示像素坐标, , , 依次前后形成的第一、第二、第三激光干涉图光强值表达式, , , 为背景光强, ,, 为调制度, 为待提取的压包相位, 为激光干涉图之间的移相量;

步骤2:将第一与第二、第二与第三激光干涉图中对应位置像素点相减得到两个分向量、 ,再将所述两个分向量相加、相减构成一组简谐运动参数方程数据、 ;

步骤3:利用最小二乘法对 、 进行椭圆拟合,得到椭圆参数初始值;

步骤4:将计算得到的椭圆参数初始值代入式2求解得到 和 ,;式2

步骤5:通过相位解包裹算法从压包相位 中计算出连续相位,再从解包裹相位分布中消除调整误差项,并根据激光的波长计算出测量的三维面形高度值。

2.根据权利要求1所述的基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:所述步骤3在得到椭圆参数 初始值之后,对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理。

3.根据权利要求2所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:所述对激光干涉图中的数据点进行去孤立点处理包括以下步骤,步骤31:随机选择激光干涉图中的N个数据点,对每个数据点求到该椭圆的代数距离集,对求得的距离 进行排序,找到中位数 ,将所述代数距离集中的每个元素减去中位数,再取绝对值进行排序,得到中心化距离绝对值中位数 ;

步骤32:求 集合中数据的方差 ;利用 法则作为标准,对 集合中大于 所对应的点判定为孤立点,不参与后续椭圆参数计算。

4.根据权利要求3所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:步骤32之后包括以下步骤,步骤41:将椭圆方程线性化,使用去除孤立点后的数据集,运用椭圆拟合算法再次计算椭圆参数 ;

步骤42: 将计算椭圆参数带入下列式3可求解到 和 ,;

;式3。

5.根据权利要求1所述的一种基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:所述三维表面形貌测量系统,包括设置于一侧的激光器、设置于激光器前端的空间滤波器,以及从后往前依次设置的CCD、成像透镜、分光镜、准直透镜、参考镜、被测平面镜,所述激光器发出的光束通过空间滤波器后,入射至分光镜表面并发生全反射,全反射后再经过准直透镜扩束,入射到参考镜上,一部分光从参考镜反射,另一部分光透过参考镜,再入射到被测平面镜上,通过被测镜平面镜反射,由参考镜和被测平面镜表面反射的相干光反射透过分光镜之后再通过成像透镜至CCD,所述CCD记录反射形成的干涉条纹。

6.根据权利要求5所述的基于椭圆拟合的三维表面形貌测量及计算方法,其特征在于:所述三维表面形貌测量系统还包括设置于参考镜上的用以产生位移的压电陶瓷驱动器。