基于MEMS微振镜的三维测量系统设计与实现

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传统的基于主动结构光的三维测量系统,是通过投影仪的散焦技术来获得黑白相间的正弦条纹。但通过散焦技术虽然可以完整的正弦条纹图,但由于投影仪焦距等原因所获得条纹图不够精确,因此测量过程中需要通过机械的移动光学元件来完成相位测量工作,从而导致系统的测量精度低,工作量大,测量稳定性差等问题;同时庞大昂贵的投影仪仅用来投影条纹,导致功能浪费,体积大、笨重而难以集成化。为解决上述问题,本文利用基于MEMS(Micro Electro mechanical System,微机电系统)的条纹投影技术搭建新型三维测量系统。首先,研究了基于MEMS的条纹投影系统的测量原理,并搭建了数学模型。利用Matlab编写了数据处理程序用于相位展开。提出了一种对基于MEMS的条纹投影系统的标定方法,利用标定棋盘格角点作为MEMS条纹投影系统的“捕捉点”,并完成了对系统的标定。与相移标定法相比,简化了标定流程,提高了标定的速度。其次,完成了三维测量系统的硬件选型和模块设计,其中包括测量系统控制信号的设计、激光器驱动电路的设计、振镜驱动电路的设计、CCD相机触发电路的设计。最后,搭建了基于MEMS条纹的三维测量系统,并进行了实测。实验结果表明,基于MEMS产生的条纹成像清晰可见,测量的相对误差为1.86%,平均误差为0.631mm,标准差为0.042mm,测量系统有效、可行且稳定性较好。但是条纹宽度不均匀,呈两边窄,中间宽的趋势,如何才能避免这种趋势,提高条纹正弦性和精度,需要进一步研究。
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