机械零件非接触式测量技术

推荐语

普通高等教育“十四五”规划教材

目前，国内外有关非接触式测量方面的书籍及参考资料多数仅针对原理层面或仪器的原理及方法进行介绍，而未涉及实际的测量应用场景及测量过程中存在的科学问题等。本书从实际应用出发，例如，在仪器概述章节，对测量仪器进行了分类及原理应用介绍，并系统总结了包括接触式及非接触式测量仪器，在测量对象参数、分辨率、测量范围等方面做了对比，还包括光学理论知识及测量系统硬件构成；在结构光测量章节中，在介绍了各类测量方法原理的基础上，还阐述了现场测量经验、关键技术问题、提高测量精度的实际措施等内容；在仪器精度分析及数据处理章节，根据作者多年的工程经历及科研经验，不仅介绍了仪器误差分析方法及解决措施，还总结了数据格式分类、算法处理过程及软件操作说明等内容。在其他章节内容中，同样围绕相关的光学测量内容，分别对不同测量方法所存在的注意事项及实际科学问题进行了总结，并系统地介绍了光学非接触式测量技术的应用问题，内容翔实，语言精练、准确，通俗易懂。本书可以使读者系统掌握非接触式测量技术的知识，为理解涉及机械、计算机、光学等多学科交叉领域知识提供了很好的途径。

本书系统地介绍了机械零件非接触式测量技术，全书共分7章，内容包括：表面形貌测量基础、形貌测量仪器概述、被动式视觉测量、主动式测量——光栅投影测量、激光测量、光学探针及扫描显微测量、光学测量仪器的校准与数据处理方法。

目录

1  表面形貌测量基础

  1.1  表面形貌的定义及分析指标

    1.1.1  表面形貌特征及其划分

    1.1.2  表面形貌的分析指标

  1.2  微观形貌及宏观形貌介绍

    1.2.1  微观形貌介绍

    1.2.2  宏观形貌介绍

  1.3  形貌测量技术基础

    1.3.1  接触式测量

    1.3.2  非接触式测量

  1.4  形貌测量的评价指标

    1.4.1  二维形貌测量

    1.4.2  三维形貌测量

  1.5  形貌测量技术的应用与实践

    1.5.1  形貌测量技术在航天领域的应用与实践

    1.5.2  形貌测量技术在工业生产领域的应用与实践

    1.5.3  形貌测量技术在其他生产生活领域的应用与实践

  本章小结

  习题

2  形貌测量仪器概述

  2.1  机械式测量仪器发展趋势

  2.2  接触式测量原理及特点

    2.2.1  接触式测量原理

    2.2.2  机械接触式测量仪器构成

    2.2.3  机械接触式测量典型仪器介绍

    2.2.4  接触式测量的应用及优缺点

  2.3  光学测量仪器发展趋势

  2.4  光学测量基础知识

    2.4.1  光源

    2.4.2  像差

    2.4.3  放大倍率和孔径

    2.4.4  空间分辨率

    2.4.5  光斑尺寸

    2.4.6  视场

    2.4.7  景深和焦距

  2.5  光学测量设备及元器件的应用

    2.5.1  光照系统

    2.5.2  相机

    2.5.3  镜头

    2.5.4  工业相机的数据接口

    2.5.5  计算机

  本章小结

  习题

3  被动式视觉测量

  3.1  被动式测量

    3.1.1  双目立体视觉

    3.1.2  光度立体视觉

  3.2  双目视觉测量原理

    3.2.1  坐标系的建立

    3.2.2  坐标系的转换

    3.2.3  相机非线性模型

    3.2.4  双目视觉测量模型

  3.3  双目视觉测量标定

    3.3.1  直接线性标定法

    3.3.2  透视变换标定法

    3.3.3  Tsai两步标定法

    3.3.4  张正友标定法

  3.4  双目立体匹配

    3.4.1  多特征融合的代价计算

    3.4.2  基于HSV颜色空间的图像匹配代价计算

  3.5  光度立体测量原理

    3.5.1  明暗恢复法

    3.5.2  基于朗伯体的光度立体三维重建

  3.6  光源方向确定与标定方法

  3.7  光度立体视觉的表面重建

  3.8  双目测量应用实例

    3.8.1  双目视觉标定实验

    3.8.2  双目视觉三维点云重建实验

  3.9  被动式测量发展趋势

    3.9.1  双目视觉发展趋势

    3.9.2  光度立体发展趋势

  本章小结

  习题

4  主动式测量——光栅投影测量

  4.1  光栅投影测量技术发展趋势

    4.1.1  投影条纹测量技术现状

    4.1.2  投影测量法相关产品

  4.2  投影测量技术基础理论

    4.2.1  光栅投影相位测量原理

    4.2.2  传统光栅投影测量系统模型

    4.2.3  新型结构光测量系统模型

    4.2.4  投影光栅测量关键技术需求

  4.3  莫尔条纹测量

    4.3.1  莫尔条纹测量原理

    4.3.2  莫尔条纹重要性质

    4.3.3  莫尔条纹测量技术应用问题

  4.4  光栅相移测量

    4.4.1  光栅相移测量原理

    4.4.2  光栅相移测量应用

  4.5  傅里叶变换测量

    4.5.1  傅里叶变换测量原理

    4.5.2  傅里叶变换方法的技术特点

    4.5.3  傅里叶变换测量应用方法

  4.6  光栅投影测量实例

  本章小结

  习题

5  激光测量

  5.1  激光测量发展趋势及相关产品

    5.1.1  激光测量技术发展趋势

    5.1.2  激光干涉测量

    5.1.3  激光全息测量

    5.1.4  激光散斑测量

    5.1.5  激光三角法

  5.2  激光测量相关物理原理

    5.2.1  激光的基本物理性质

    5.2.2  激光的基本技术

    5.2.3  常用激光器

  5.3  激光干涉测量

    5.3.1  激光干涉仪的原理

    5.3.2  激光干涉测量应用

    5.3.3  影响测量精度的因素

  5.4  激光全息测量

    5.4.1  光学全息干涉测量

    5.4.2  数字全息测量

    5.4.3  全息测量技术应用

  5.5  激光散斑测量

    5.5.1  激光散斑的基本原理

    5.5.2  散斑干涉测量原理

    5.5.3  散斑干涉测量的应用

  5.6  激光三角法测量

    5.6.1  激光三角测量法的基本原理

    5.6.2  激光三角测量中的影响因素

    5.6.3  用于轮廓测量的三角测量技术

    5.6.4  激光三角测量技术应用

  本章小结

  习题

6  光学探针及扫描显微测量

  6.1  光学探针显微测量发展趋势

  6.2  物理光学探针法

    6.2.1  物理光学探针原理

    6.2.2  物理光学探针应用

  6.3  几何光学探针法

    6.3.1  几何光学探针原理

    6.3.2  共焦测量技术及应用

    6.3.3  像散法测量技术及应用

  6.4  扫描电子显微镜的特性及原理

    6.4.1  扫描电子显微镜的特性

    6.4.2  扫描电子显微镜工作原理

    6.4.3  扫描电子显微镜的子系统构成

  6.5  扫描电子显微镜的分类

    6.5.1  场发射扫描电镜

    6.5.2  低能扫描电镜

    6.5.3  环境扫描电镜

    6.5.4  扫描声显微镜

  本章小结

  习题

7  光学测量仪器的校准与数据处理方法

  7.1  传感器误差来源及校准方法

    7.1.1  传感器的概念及原理

    7.1.2  传感器的误差来源

    7.1.3  传感器误差的校准方法

  7.2  精度评价方式

    7.2.1  精度的定义

    7.2.2  常用的精度评价参数

  7.3  点云测量数据格式分类

    7.3.1  LAS点云数据格式

    7.3.2  PLY点云数据格式

    7.3.3  PCD点云数据格式

    7.3.4  OBJ点云数据格式

    7.3.5  OFF点云数据格式

    7.3.6  STL点云数据格式

  7.4  点云数据处理方法及三维重构软件介绍

    7.4.1  点云滤波

    7.4.2  点云配准

    7.4.3  点云特征提取

    7.4.4  点云分割

    7.4.5  点云数据曲面重建

    7.4.6  常用的点云处理软件介绍

    7.4.7  Geomagic Wrap软件的点云处理操作过程

  本章小结

  习题

参考文献