三维形貌仪测量原理

三维形貌测量试验

三维形貌测量所谓三维，按大众理论来讲，是人为规定的互相交错的三个方向，用这个三维坐标，可以把整个世界任意一点的位置确定下来，这个理论在立体几何，立体测绘等有重要的应用，它可以帮助解决和简化我们在现实生活的多种问题。

所谓的三维空间是指我们所处的空间 , 三维具有立体性，可以通俗的理解为前后，左右，上下。

三维是由二维组成的，二维即只存在两个方向的交错，将一个二维和一个一维叠合在一起就得到了三维。

随着科学技术与社会生产生活的发展，在机器视觉，实物仿形，工业自动检测，地形绘制，生物医学等领域都有重要的意义和广阔的应用前景。

因此，光学三维形貌检测技术受到广大学者的重视，正成为光学信息光学的前沿研究领域与方向之一，当前，也有很多方法可以进行光学三维形貌检测。

通过理解投影光栅相位法的基本原理 ; 理解一种充分发挥计算机特长的条纹投影相位移处理技术。

实验原理相位测量轮廓术的基本原理投影光栅相位法是三维轮廓测量中的热点之一，其测量原理是光栅图样投射到被测物体表面，相位和振幅受到物面高度的调制使光栅像发生变形，通过解调可以得到包含高度信息的相位变化，最后根据三角法原理完成相位 ---高度的转换。

根据相位检测方法的不同，主要有 Moire轮廓术、Fourier变换轮廓术，相位测量轮廓术，本方法就是采用了相位测量轮廓术。

相位测量轮廓术采用正弦光栅投影相移技术。

基本原理是利用条纹投影相移技术将投影到物体上的正弦光栅依次移动一定的相位，由采集到的移相变形条纹图计算得到包含物体高度信息的相位。

基于相位测量的光学三维测量技术本质上仍然是光学三角法，但与光学三角法的轮廓术有所不同，它不直接去寻找和判断由于物体高度变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。

将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的影响而引起的条纹变形。

这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。

3d影像测量仪工作原理

3d影像测量仪工作原理3D影像测量仪是一种可以通过光学原理来实现物体三维空间坐标测量的仪器。

它的工作原理是通过测量物体表面各点的空间位置来构建物体的三维形态，从而实现对物体的高精度测量。

3D影像测量仪的工作原理主要依赖于三角测量原理。

它通过测量被测物体表面上的三个点的空间坐标，再通过计算这三个点之间的距离和夹角来确定被测物体的三维坐标。

这个过程需要使用到光学投影、图像采集、数据处理等技术。

在进行测量前，首先需要将被测物体放置在测量仪的工作区域内，并通过软件对测量参数进行设置。

然后，测量仪会对物体表面进行光学扫描，采集到物体表面的图像数据。

这些图像数据会被传输到计算机进行处理，通过计算机的算法来解析图像，提取出物体表面上的特征点，并将这些点的空间坐标计算出来。

3D影像测量仪的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 光学投影。

测量仪通过发射光线将光投射到被测物体表面上，形成一个多个点的光斑，这个光斑会被摄像机捕捉到，形成一张物体表面的图像。

2. 图像采集。

测量仪通过摄像机将物体表面的图像数据采集下来，并对这些图像进行处理，提取出物体表面上的特征点。

3. 数据处理。

测量仪通过计算机对所采集到的图像数据进行处理，通过计算机的算法来解析图像，提取出物体表面上的特征点，并将这些点的空间坐标计算出来。

4. 三维重构。

测量仪通过对物体表面上的特征点进行三角测量，通过计算三个点之间的距离和夹角来确定被测物体的三维坐标。

3D影像测量仪的工作原理具有高精度、高效率、非接触式等优点。

它可以广泛应用于制造业、航空航天、汽车、医疗、建筑、地质勘探等领域。

随着科技的不断发展，3D影像测量仪的技术也在不断进步，将为我们的生活和工作带来更多的便利和发展。

美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪

美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪一、产品简介美国NANOVEA公司是一家全球公认的在微纳米尺度上的光学表面轮廓测量技术的领导者，生产的三维非接触式表面形貌仪是目前国际上用在科学研究和工业领域最先进表面轮廓测量设备，采用目前国际最前端的白光轴向色差原理（性能优于白光干涉轮廓仪与激光干涉轮廓仪）对样品表面进行快速、重复性高、高分辨率的三维表面形貌、关键尺寸测量、磨损面积、磨损体积、粗糙度等参数的测量。

二、产品分类该公司的三维非接触式表面形貌仪主要有4款：JR25、PS50、ST400与HS1000（区别见技术参数）：JR25便携式三维表面轮廓仪：野外操作或不可拆卸部件的理想选择·便携式表面形貌仪·结构紧凑，性价比高·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪·应用范围广·测量范围：25mm×25mmPS50表面轮廓仪：科研单位与资金不足企业的最佳选择·性价比高·结构紧凑·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪·应用范围广·测量范围：50mm×50mmST400表面轮廓仪：·应用范围广·适合大样品的测试·测量范围：150mm×150mm·360O旋转工作台·带彩色摄像机（测量前可自动识别特征区域）HS1000表面轮廓仪：·适用于高速超快自动测量场合·超高的扫描速度（可达1m/s，数据采集频率可达31KHz，最高可达324KHz）·能保证超高平整度和稳定性（花岗石平台）三、测量原理简介：Nanovea 公司的三维非接触式表面形貌测量仪采用的是国际最前端的白光轴向色差技术技术实现先进的高分辨率的三维图像扫描与表面形貌测量。

•利用白光点光源，光线经过透镜后产生色差，不同波长的光分开后入射到被测样品上。

• 位于白光光源的对称位置上的超灵敏探测器系统用来接收经被测样品漫反射后的光。

光学测量三维形貌的综述汇总

光学测量三维形貌的综述摘要。

我们首先对使用各种光学方法对三维形貌的测量进行了概述。

然后，我们着重介绍结构光技术，以及结构光技术的各种光学配置，图像采集技术，数据后处理和分析方法以及此技术的优势和局限性。

并展示了一些工业应用的例子。

对需要进一步研发的重要领域进行了讨论。

文章最后，对有关三维形貌测量的参考文献做了总结，虽然并不旨在完全详细的。

2000年光照片仪表工程师学会。

关键词：三维形貌测量，坐标测量，光学方法，综述。

1999年7月12日接收论文；1999年8月23日接收修订稿；1999年8月23日准许出版。

1 引言在工业上，对精确测量物体的三维形貌测量有需求，以加速产品的开发和保证制造质量。

三维形貌测量的应用包括智能机器人的控制，车辆引导的障碍物检测，模具开发的尺寸测量，冲压面板的几何检查，应力/应变以及振动的精确测量。

此外，自动在线检测与识别的问题可以转换成三维塑造对象的测量，例如车身面板油漆缺陷和凹痕检查。

近来，随着计算机技术的发展，再加上数码影像设备，电光元件，激光等光源设备的发展，现在三维形貌测量中的一些技术已经被成功地商业化。

对于一个小规模的深度或形貌，使用共焦显微镜或者其他三维显微镜可以达到微米甚至纳米级精度的测量。

然而，关键是相对准确性或测量深度的一部分。

这对大尺寸的形貌测量形成一个真正的挑战。

例如，0.5米深度的测量如何才是准确的？此外，对于大尺寸的深度和形貌测定，通常需要更多的摄像机和照相机的位置来获得多个形貌从而最终拼合整体的大形貌。

这就引出了如何高精度拼接这些形貌以及进行局部和全局坐标转换。

这随后产生另一个要解决的问题，即克服镜头畸变和像差。

三位形貌测量后的数据必须与计算机辅助工程（CAE）模型进行比对。

本文对使用各种光学方法的三维形貌的测量进行了概述。

然后，着重于结构光测量系统，来测量较大尺寸和360度的形貌。

然后，概述了各个细节方面，如绝对相位测量，结构光光源，图像采集传感器，摄像头模型和标定，随后讨论了全局和局部坐标转换方法。

物体的三维形貌测量

（2）由于实验要求测量物体满足散斑干涉近似条件，因此必须是小物体。
存在的问题 (1)必须采用精密的相移装置，这将引起整个系统造价的上升，相移产生的误差将导致系统误差。 (2)这一方法要求相移的次数N>2，图像采集量大，采样时间长。对于那些具有速度要求的应用，不可能采集到足够的图像。
光栅投影三维形貌测量
总结优缺点对比度高，只需要采集1幅或2幅图就可以得出物体形貌的相位图，易于动态处理，但形貌的测量精确度依赖投影栅线的空间频率，对微形貌的测量灵敏度不高。发展方向微小结构测量及动态测量 360度全景三维物体形貌重建探索更多的应用
域得到一个复数的条纹场分布，这样通过复数运算即可得出条纹场的
相位值。
优缺点
优点：傅立叶变化法只需要一幅或二幅条纹图就可得求出物体各点的
相位值，测量精度高，测量范围广。缺点：使用于处理载波条纹或单调变化的条纹，因而在实际应用中受到一定的限制。
相移形貌测量法
Modulation Measurement Profilometry 原理控制光栅以为增量沿栅线垂直的方向相移，N 次相移投影栅线，可获取 N帧相移条纹图，采集并处理这N帧条纹图，即可得出物体形貌。优势空间分辨率很高，可以处理边界之类的问题。算法简单、处理速度快，测量精确度高
（Fourier Transform Profilometry）
原理：待测物体不存在时，删线直接投射到参考平面，通过 CCD采集得到平直且间距相等的条纹图。放上待测物体后，投影删线发生变形，原来照射到B 点的删线照射在物体的A点，并经过CCD在参考平面的D 点成像，即B变形到D点， BD称为删线的扭曲量。
物体的三维形貌测量容

STM的原理和应用

STM的原理和应用STM（Scanning Tunneling Microscope），扫描隧道显微镜，是一种利用量子力学原理研究物质表面性质的高分辨率成像仪器。

STM的工作原理基于电子的量子隧穿效应，通过探针与样品表面之间的隧穿电流来获取样品表面的拓扑信息，从而实现纳米级别的三维成像。

STM的应用非常广泛，在物理学、化学、生物学等领域都有重要的研究价值。

STM的工作原理可简述为：在STM中，有一个微细的金属探针（Tip）和样品表面之间保持非常近的距离（通常为纳米级别）。

当给定一个小的电压差（通常为几毫伏到几电压之间）时，形成的隧穿电流会随着两个不同位置之间的距离变化而变化。

通过控制探针位置，可以测量电流的变化，并映射到样品表面的形貌上。

通过扫描探针的位置，可以得到样品表面的拓扑信息。

STM的成功应用离不开以下几个关键技术：1.原子力探测：STM使用了一个非常锋利尖端的金属探针，可以感知样品表面的原子力，从而获得样品表面的拓扑信息。

这种技术在纳米尺度下非常有效，可以得到非常高分辨率的图像。

2.量子隧穿效应：在STM中，探针和样品表面之间形成的微小隧穿电流是基于量子力学的隧穿效应。

这种效应使得STM可以在非常小的尺度下进行高分辨率成像，并且可以探测到样品表面的微观结构和性质。

3.负反馈控制：为了保持探针和样品表面的距离保持稳定，STM使用了负反馈控制系统。

这个系统会根据探针和样品表面之间的隧穿电流的变化来调整探针的位置，使得电流保持在一个恒定的水平，从而得到稳定的成像结果。

STM在科学研究中有着广泛的应用，包括以下几个方面：1.表面科学研究：STM可以实现对材料表面结构的高分辨率成像，并且可以通过控制探针的位置来控制表面结构。

这为理解材料的表面性质和表面反应过程提供了重要的手段。

2.纳米技术研究：STM可以进行纳米级别的成像和加工，可以用于纳米材料的制备、纳米器件的设计和纳米材料的研究等方面。

它在纳米技术研究中发挥了重要作用。

三维面形测量系统的基本原理

三维面型测量细棒的直径一、实验目的（1）了解三维面型测量的基本原理和方法，熟悉傅立叶变换剖面术的方法，（2）通过对物体的三维面形的重建，掌握三维目标的识别、位置形状分析及origin75的使用方法。

（3）能够根据携带有三维面形信息的观察光场中解调得出三维面形数据。

（4）掌握利用三维传感非接触测量的基本方法。

二、三维面型的测量原理光学三维传感在机器视觉、自动加工、工业在线检测、实物仿形、生物医学等领域，具有重要意义和广阔应用前景。

获取物体三维信息的基本方法可以分为两大类：被动三维传感和主动三维传感。

被动三维传感采用非结构照明方式，从一个或多个观察系统获取的二维图像中确定第三维（距离维）信息，形成三维面型数据。

从一个观察系统获取的二维图像中确定距离维时，人们必须依赖对于物体形态、光照条件等的先验知识。

从两个或多个观察系统获取的不同视觉方向的二维图像中，通过相关或匹配等运算可以重建物体的三维面形，但这种方法要求大量的数据运算，而且，当被测物体上各点的反射率没有明显差异时这种计算变得更加困难。

因此，被动三维传感的方法常常用于对三维目标的识别、理解以及位置形状分析。

一种更适合于计算目的的三维传感方法是主动三维传感。

主动三维传感采用结构照明方式，由于三维面形对结构光场的空间或时间调制，可以从携带有三维面形信息的观察光场中解调得出三维面形数据。

由于这种方法具有较高的测量精度，作为一种三维面貌计量手段已经得到广泛的应用。

三维面形自动测量仪是基于上述研究的计算机辅助三维测量设备，设计新颖，技术先进，配有丰富的软件，可对各种复杂面形的工业零件、叶轮、叶片，实物模型进行高速度、高精度面形自动测量，广泛用于实物仿形,工业检测，机器视觉，产品质量控制，三维信息存贮，三维数字全息，影视特技，三维动画等众多领域。

系统软件在 Windows 平台上运行，具有中文菜单，操作十分方便。

三维面形测量仪已在国内推广使用，并已出口到美国。

3d轮廓仪原理

3d轮廓仪原理
3D轮廓仪是一种常用于非接触式检测的三维形貌测量设备，原理是基于光线三角测量原理和相位移位原理。

它主要由投影仪，相机和相应的软件组成。

其中，投影仪会将白光分成多束并投射在待测物体表面上，形成一个具有编码条纹的图像。

而相机则用于收集被测物体上形成的这些编码条纹。

当物体有微小的形变或移动时，编码条纹发生相对位移。

根据相位移位原理，从编码条纹的位移量可以计算出物体表面像素点处的高度信息，进而得到待测物体的三维表面数据。

这样，通过全方位拍摄待测物体，就可以获得该物体在三维空间中的完整轮廓，并生成对应的三维模型。

特别需要注意的是，由于编码条纹的形成是基于光学原理，因此在非黑暗环境下可能会受到环境光和反射光的影响，导致测量误差或数据失真。

因此，在使用3D轮廓仪时需要尽可能地避免这些外界光干扰。

表面三维形貌测量及其评定的研究

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哈尔滨理工大学学报第 14卷
路 ,如图 1所示.
图 1中 ,从激光器发出的光经聚光镜后成为平行光 ,再经分光镜分为两支光束 ,两光束满足相干光束的条件 ,在空间相互叠加 ,产生了可以观察到的干涉条纹. 该干涉条纹受被测物表面形状的调制而发生了变形. 压电陶瓷驱动参考镜产生几分之一波长量级的光程变化 ,以改变参考相位 ,并产生时间序列上的多幅干涉图 [ 2 ].
1 测量原理
本文利用相位扫描技术测量表面三维形貌. 首
收稿日期 : 2007 - 05 - 09 作者简介 : 朱健军 (1983 - ) ,男 ,哈尔滨理工大学硕士研究生.
先使用干涉显微镜获取被测表面的干涉条纹 ,并通过压电晶体驱动参考镜振动获取多幅干涉条纹图像 ,通过这系列的干涉条纹解调出来被测表面的高度信息 ,从而得到原始形貌图像 ,再经过图像滤波等处理技术使轮廓达到一个满意效果 ,然后根据数学模型建立基准面提取粗糙度信息 ,最后对表面各种参数进行评定 [ 1 ]. 其测量系统包括光学部分、CCD 摄像机、图像卡和计算机以及压电陶瓷及其驱动电
布在低于基准面的一边有大的“尖峰 ”, Ssk < 0; 相反 ,表面分布在基准面之上有大的“尖峰 ”, Ssk > 0.
4) 表面高度分度的峭度 Sku为
∫∫ Sku
=
1 S- 4q∞
∞ -∞
∞
z4
( x,
y)
p ( z)
dxdy≈
∑∑ 1 N
M N S4q j =1
M
z4 ( xi , yj )
实验的压电陶瓷振动频率设计为 015 Hz,而图像采集卡的采集速率为 12 帧 / s, 故采样频率为 24帧 / s. 2. 2 形貌还原

白光干涉表面三维轮廓仪原理及应用

白光干涉表面三维轮廓仪原理及应用表面三维微观形貌测量意义在生产中，表面三维微观形貌对工程零件的许多技术性能的评价具有最直接的影响，而且表面三维评定参数由于能更全面、更真实地反映零件表面的特征及衡量表面的质量而越来越受到重视，因此表面三维微观形貌的测量就越显重要。

通过对三维形貌的测量可以比较全面地评定表面质量的优劣，进而确认加工方法的好坏及设计要求的合理性，这样就可以反过来通过指导加工、优化加工工艺以加工出高质量的表面，确保零件使用功能的实现。

表面三维微观形貌的测量方法非常丰富，通常可分为接触式和非接触式两种，其中以非接触式测量方法为主。

下面介绍其中一种近年来国际上研究比较多的、发展也相对比较成熟的技术：扫描白光干涉法测量表面三维微观形貌技术。

白光干涉扫描原理在利用白光干涉测量表面三维形貌的过程中，对于被测表面上某一点来说，为了定位其零光程差位置，必须采用某种扫描方式改变参考镜或者被测表面的位置，以此来获得该点光强变化的离散数据，然后依据白光干涉的典型特征来判别并提取最佳干涉位置。

因此称这种方法为扫描白光干涉测量法。

图1(a)所示为白光干涉仪架构图，图1(b)所示为仪器测量原理图，光学系统可采用基本的Michelson式干涉仪结构，只是在参考镜后安装有微驱动装置．而被测表面代替了另一个反射镜。

测量时通过计算机控制徽驱动装置的进给带动参考镜的进给，这样被测样本表面的不同高度平面就会逐渐进入干涉区，如果在充足的扫描范围内进给，被测样本表面的整个高度范围都可以通过最佳干涉位置。

将每步的干涉图样由图像传感器(CCD摄像头)采集，视频信号通过图像采集卡转换成数字信号并存储于计算机内存中，利用与被测面对应的各像素点相关的干涉数据，基于白光干涉的典型特征，通过采用某种最佳干涉位置识别算法对干涉图样数据进行分析处理，提取出特征点位置（最佳干涉位置J，进而就很容易得到各像素点的相对高度，这样便实现了对三维形貌的测量。

三维测量技术及设备解读

三维测量技术及设备解读三维测量技术是现代科技领域中非常重要的一项技术，其在各个行业中都有着广泛的应用。

它能够快速准确地测量出物体的各种参数，为制造、设计等领域提供了强有力的支持。

下面将对三维测量技术及其相关的设备进行解读。

什么是三维测量技术？三维测量技术是指通过测量物体的长、宽、高等参数来确定其三维形态的一种技术。

与二维测量技术相比，三维测量技术更加精准和全面。

在三维测量中，可以利用激光测量、相位测量、光栅测量等多种方法来实现。

三维测量技术的应用制造行业在制造行业中，三维测量技术可以用于检测零件的尺寸、形状等参数是否符合要求，从而保证制造出的产品符合质量标准。

同时，在新产品的开发过程中，三维测量技术也能够提供重要的数据支持，为制造过程提供更大的效率和准确性。

建筑行业在建筑行业中，三维测量技术可以用于测量建筑物的各种参数，如墙面、楼梯、房间等的尺寸和形状。

同时，三维测量技术还可以用于建筑结构的全息图像重建，以及建筑物的维护和巡检等。

医学行业在医学行业中，三维测量技术可以用于人体各个部位的测量和成像。

例如，三维测量技术可以用于测量人体骨骼、器官和组织的尺寸和形状，以及对于病变部位的检测和诊断。

三维测量设备解读激光三维测量设备激光三维测量设备是现代三维测量技术中最常用的一种设备。

其基本原理是利用激光线的反射来测量物体的距离和形状。

激光三维测量设备可以测量的范围非常广泛，可以达到几公里到几毫米的范围，并且测量的精度非常高。

绝对式三维测量仪绝对式三维测量仪是一种通过比对不同测量点上的数据来计算出物体三维坐标的仪器。

其精度非常高，可以达到微米级别。

此外，绝对式三维测量仪还可以用于测量物体的轮廓、表面形貌、直径等。

光线扫描仪光线扫描仪是一种通过扫描物体表面来测量物体形状的仪器。

其工作原理是将激光或光栅照射到物体表面，通过对反射光的捕捉和分析来计算出物体的三维坐标和形状。

光线扫描仪非常适用于测量复杂、曲面和不规则形状的物体。

美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪资料

•最后将采集的数据交给专业的三维处理软件进行各种表面参数的分析。•软件能够自动获取用户关心的表面形貌参数。
四、产品技术优势
1．采用国际最前端的白光轴向色像差技术，可获得最小2nm的分辨率
2．测量具有非破坏性，测量速度快，精确度高
3．测量范围广，可测透明、金属材料，半透明、高漫反射，低反射率、抛光、粗糙材料(金属、玻璃、木头、合成材料、光学材料、塑料、涂层、涂料、漆、纸、皮肤、头发、牙齿…；
6、具有精确定位功能，可以从已经扫描的区域中重新精确扫描任意特定区域。
6.2专业3D
分析软件功能：
1、创建2D，3D图像；
2、自动得到样品的线粗糙度参数（Ra,Rp,Rv,Rz,Rc,Rt,Rq,Rsk,Rku），面粗糙度（Sa,Sp,Sq,Sv,Sz,Ssk,Sku），平整度，波纹度等参数；
3、自动校准功能，例如粗糙度，一般情况下对于曲面样品，首先展平，然后自动给出粗糙度的参数；
六、测试软件：
NANOVEA软件包含两个软件：NANOVEA 3D数据采集软件与专业的3D分析软件。
6.1 3D
数据采集软件功能：
1、可采集每一个测量点的XYZ三维坐标；
2、线扫描与面扫描两种模式可供选择；
3、可设置测量范围、测量步长、扫描速度等参数；
4、实时显示测量所需时间；
5、实时显示样品的2D图像与3D图像
·超高的扫描速度（可达1m/s，数据采集频率可达
31KHz，最高可达
324KHz）
·能保证超高平整度和稳定性（花岗石平台）
三、测量原理简介：
Nanovea公司的三维非接触式表面形貌测量仪采用的是国际最前端的白光轴向色差技术技术实现先进的高分辨率的三维图像扫描与表面形貌测量。

三维形貌测量实验

相位展开的过程可从图2和图3 中直观地看到。图2是分布在-π
和π之间的截断相位。相位展开就是将这一截断相位恢复为如性来进行的。它基于这样
一个事实：对于一个连续物面，只要两个相邻被测点的距离足够小，两
点之间的相位差将小于π，也就是说必须满足抽样定理的要求，每个条
变动后的像点，而是通过相位测量间接地实现，由于相位信息的参与，
使得这类方法与单纯基于光学三角法有很大区别。
将规则光栅图像投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受
物体高度的影响而引起的条纹变形。这种变形可解释为相位和振幅均被
调制的空间载波信号。采集变形条纹并对其进行解调，从中恢复出与被
测物表面高度变化有关的相位信息，然后由相位与高度的关系确定出高
(2-10)
实际中的相位数据都是与采样点相对应的一个二维矩阵，所以实际
上的相位展开应在二维阵列中进行。首先沿二维矩阵中的某一列进行相
位展开，然后以展开后的该列相位为基准，沿每一行进行相位展开，得
到连续分布的二维相位函数。相应的，也可以先对某行进行相位展开，
然后以展开后的该行相位为基准，沿每一列进行相位展开。只要满足抽
在上面分析了测量高度和系统结构参数的关系，如公式(2-6)。其中有三个与系统结构有关的参数，即投射系统出瞳中心和CCD成像系统入瞳中心之间的距离L，共轭相位面上的光栅条纹周期，以及投射光轴和成像光轴之间的夹角q。这几个参数是在系统满足一定约束条件下测得参数值，这些约束条件包括：
1) CCD成像系统的光轴必须和参考面垂直，即保证一定的垂直度; 2) 投射系统的出瞳和成像系统的入瞳之间的连线要与参考面平行; 3) 投射系统的光轴和CCD光轴在同一平面内,并交于参考面内一点。为了方便系统测量，本实验采用简便的标定法，避免参数标定的繁琐过程，提高系统的适应性。标定测量原理如图4所示, 首先建立如图4 所示的物空间坐标系O-XYZ和相位图像坐标系OpIJ:以参考面所在的平面为XOY平面(也就是零基准面)，垂直于XOY面并交XOY于点O的轴为Z轴，此时建立的坐标系称为物空间坐标系;选择相位图的横轴为J、竖轴为I 建立相位图像坐标系。在参考面初始位置z1=0时，可以通过多步相移法获得参考面上的截断相位分布，该截断相位的展开相位分布为 f(i,j,1), i,j是相位图坐标系中的坐标值;将参考面沿z轴正方向平移一定距离△Z到达z2 = △Z后，同样通过多步相移法获得参考面条纹分布，并由此求得展开相位f (i,j, 2);同理，依次等间距移动参考面到多个位置zk =(k-1) △z并得到对应位置参考面上的展开相位f (i,j,k),其中k=3,4,,.K。由于在zk, k=1,2,...,K的参考面作为后续测量的相位参考基准，因此把它们统称为基准参考面。

3d轮廓测量仪原理

3d轮廓测量仪原理
3D轮廓测量仪的原理是通过光学或激光技术来捕捉物体表面的三维轮廓信息。

具体原理如下：
1. 光学原理：通过光学传感器或相机，测量物体表面上不同点的距离，并将这些距离信息转化为三维坐标点，从而重构物体的三维轮廓。

2. 激光原理：使用激光束照射到物体表面，利用光电传感器接收反射光，并测量激光光程差，即激光束从发射到接收的时间差，从而计算出物体表面上不同点的距离，最终得到物体的三维轮廓。

3. 结构光原理：通过投射结构光，即由主投影仪产生的特定图案，如條纹或网格，通过光电传感器接收物体表面反射回的结构光，并根据结构光的形变来计算得到物体表面上各点的三维坐标。

3D轮廓测量仪可以利用以上原理来非接触地测量物体的形状和尺寸，并用于工业制造、产品设计、质量检测和逆向工程等领域。

三维轮廓仪的测量原理

三维轮廓仪的测量原理
三维轮廓仪的测量原理基于斯特鲁凯尔原理，即通过测量物体在激光光束下的形状和位置来得到物体的三维轮廓。

具体来说，三维轮廓仪通过激光光源发出一束光束，该光束经过透镜系统被聚焦到一个点上。

在光束照射下，物体的表面会产生散射光。

传感器会接收到散射光，并将其转化为电信号。

传感器可以是光电二极管阵列、CCD或CMOS传感器等。

接收到的电信号经过处理，可以得到散射光的位置和强度信息。

通过测量物体不同位置处的散射光的位置和强度，可以推导出物体的三维形状。

在测量过程中，需要对光束进行扫描或旋转，以便覆盖整个物体表面的区域。

通过将不同位置处测得的三维信息进行拼接，可以得到物体的完整三维轮廓。

总结起来，三维轮廓仪的测量原理是通过激光光束照射物体表面，接收到散射光的位置和强度信息，进而推导出物体的三维形状。

光学三维形貌测量技术的分析和应用

－72－科技论坛1概述非接触光学投影式三维形貌测量技术是获取物体表面形态特征的一种重要手段，是一种逆向工程技术，亦称为反求工程(Reverse En-gineering)，简称RE [1]。

由于这种三维形貌测量技术具有速度快、分辨率高和非接触等优点而广泛应用于工程设计、质量控制、医疗诊断和计算机辅助制造等方面[2]。

本文以相位测量轮廓术中的光栅投影法为重点，介绍了其测量基本原理、组成以及应用，研究了正弦光栅投影技术和数字图像处理技术，并利用德国GOM 公司生产的Advanced TOpometric Sensor 系列（简称ATOS ）流动式光学扫描仪是对鼠标进行了测量与分析。

实验表明：三维光学形貌测量技术简单实用、测量精度高、便于实现自动测量，是一种较为理想的光学测量方法。

2相位测量轮廓术的基本原理相位测量轮廓术的基本原理如图1所示。

D 点为投射系统出瞳中心，DO 为投影光轴。

C点为成像系统入瞳中心，CO 为探测光轴，设DC=d 且与xoy 参考面平行。

从D 点对E 点投影位置本该落到B 点，但由于物体表面形状调制的原因，在CCD 镜头上则成像于A 点。

设AB=S R (x ，y)，表示偏移量，则E 点的高度为可见只要计算出偏移量，就能得到被测物体表面各点的高度，实现三维轮廓测量，具体计算是采用相移技术。

将正弦光栅投影到待测物体表面上，并规定坐标原点O 处系统相位为零，采用四步相移技术，每步，利用CCD 摄像机分别获得四幅畸变光栅条纹的光强，利用光强关系计算得到E 点相位。

再利用光栅直接投影在参考面上的光强关系计算得到A 点相位[3]，它们相位差为若被测物高度远小于L ，则E 点高度，将其代入（2）式则有其中，是可通过对测量系统标定来确定的系数，进而根据相位差可得物体高度。

3ATOS 流动式光学扫描仪原理ATOS 系列流动式光学扫描仪是目前国际市场上比较先进的三维扫描设备，该设备采用光栅投影相位测量轮廓技术。

三维光学轮廓仪原理【详解】

三维光学轮廓仪原理内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.一、三维光学轮廓仪特征：1.业界最高的垂直分辨率，最强大的测量性能；2.0.5~200倍的放大倍率；3.任何倍率下亚埃级至毫米级垂直测量量程；4.三维光学轮廓仪测量硬件的独特设计，增强生产环境中的可靠性和重复性；较高的震动的容忍度和GR&R测量的能力专利的自动校准能力；5.多核处理器下运行的Vision64软件，大大提高三维表面测量和分析速度数据处理速度提高几十倍；分析速度提高十倍；6.无以伦比的大量数据无缝拼接能力7.三维光学轮廓仪高度直观的用户界面，拥有业界最强的实用性，操作简便和分析功能强大优化的用户界面大大简化测量和数据分析过程；独特的可视化操作工具；可自行设置数据输出的界面；二、原理：三维光学轮廓仪是利用白光干涉扫描技术为基础研制而成的用于样品表面微观形貌检测的精密仪器。

它的显著特点是可以达到纳米级的检测精度，并可以快速获取被测工件表面三维形貌和数据进行检测，其主要用途是用于成品的质量管理，确保良品合格率。

可广泛应用于各类精密工件表面质量要求极高的如：半导体、微机电、纳米材料、生物医疗、精密涂层、科研院所、航空航天等领域。

可以说只要是微型范围内重点部位的纳米级粗糙度、轮廓等参数的测量，除了三维光学轮廓仪，没有其它的仪器设备可以达到其精度要求。

内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.。

三次元测量原理简介演示课件

与机械坐标平行，校正圆球的中心为原点。
图示
Z
Y
X
9
三次元测定的基本构想
坐标系第2坐标系
第3坐标系
说明
与实际的被测物基准相吻合，设定了 X、Y、Z轴的坐标系。数据从此坐标系中读取。
相对于第2坐标系倾斜了的坐标系。
图示
Z
Y
X
10
三次元测定的基本构想
2、平面 ◆一般来说，测定时先设定与被测物吻合的基准
不可碰伤平台）。 6、测量员必须严格按照三次元使用说明书进行操作。 7、每天进行点检做好相关记录
6
三次元测定机特点
1、只需使探头接触测定物，就可读出X、Y、Z。 2、可不需再设定除测定面之外的5个方向，就可测
定。 3、能设定任意位置为原点。 4、能测定架空点、箱形状物体内部、及其他工具测
定困难的位置。 5、可节省专用测定治具和检查工具。 6、设定一次程序后可自动（CNC）测定，作业效率
（第2坐标系）。 ◆根据情况，从X-Y平面、Y-Z平面、X-Z平面、倾斜
面这4个面中选择一个。（另外，根据测定平面的自动判别功能，不选择倾斜面以外的测定平面也能容易的进行测定。
11
三次元测定的基本构想
测定平面
基准轴
测定轴
固定轴
（第1轴）（第2轴）（第3轴）
X-Y平面
X轴
Y轴
Z轴
Y-Z平面
Y轴
5
三次元使用注意事项
1、三次元的使用电压为：100V，气压为0.390兆帕~0.415兆帕，在开机后需确认气压是否在规格内。
2、每天测量前需将平台、辅助工具、轨道（X、Y、Z）用酒精擦拭干净，平台上不可堆放与检查无关的物品。（注：清洁X、Y、Z轴时禁止接触光栅尺）