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基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究一、本文概述随着计算机视觉和光电技术的快速发展，三维测量技术在许多领域，如工业制造、生物医学、文化遗产保护以及虚拟现实等，都展现出了巨大的应用潜力。
其中，基于数字光栅投影的结构光三维测量技术以其高精度、高效率、非接触性等优点，成为了研究的热点。
本文旨在深入探讨这种技术的原理、系统构成以及在实际应用中的优势和挑战，以期为相关领域的科研和工程实践提供理论支持和实践指导。
本文将详细介绍基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的基本原理，包括数字光栅投影的原理、结构光的生成与编码、以及相机与投影仪的标定等。
文章将构建一个完整的结构光三维测量系统，包括硬件选择和配置、软件系统设计和实现等，并对系统的性能进行评估。
本文还将探讨该技术在不同应用场景下的适用性和限制，如动态物体的测量、复杂表面的处理等。
本文将总结基于数字光栅投影的结构光三维测量技术的发展趋势和前景，分析当前存在的技术瓶颈和挑战，并提出相应的解决方案。
通过本文的研究，期望能为结构光三维测量技术的进一步发展和应用提供有益的参考和启示。
二、结构光三维测量技术基础结构光三维测量技术是一种非接触式的三维重建方法，它利用结构光编码和解码的原理，通过对物体表面投射特定的光栅条纹，结合摄像机获取的图像信息，实现物体表面的三维形态重建。
结构光三维测量技术以其高精度、高效率、易操作等优点，在机器视觉、逆向工程、质量检测等领域得到了广泛的应用。
结构光三维测量技术的基本原理是将特定的光栅条纹投影到物体表面，这些条纹在物体表面形成特定的变形。
摄像机捕捉到变形后的条纹图像后，通过解码算法提取出条纹的变形信息，进而恢复出物体表面的三维形态。
其中，光栅条纹的生成和投影是结构光三维测量的关键步骤，常见的光栅条纹有正弦条纹、二值条纹等。
在结构光三维测量系统中，摄像机和投影仪是两个核心组件。
摄像机负责捕捉投影到物体表面的条纹图像，而投影仪则负责生成并投影光栅条纹。
Labview位移测量系统软件设计摘要：随着我国互联网计算机软件技术的不断提高，虚拟仪器已广泛应用于自动化测控领域，创造了许多实用价值。
测试软件的主要功能是实现计算机与测试仪器之间的相互通信，并完成各种数据信息的传输和处理。
基于LabVIEW的测绘软件的设计可以充分发挥各种资源工具的作用，帮助开发人员和设计人员优化和解决各种实际问题，从而全面提高测试软件设计工作的质量和效率，并节省更多的钱。
本文将进一步分析和讨论LabVIEW下的测试软件设计，旨在为同行业提供科学参考。
关键字：LabVIEW;测试软件；设计0前言近年来，LabVIEW凭借其独特的“数据流”框图编程模式已广泛用于测试和测量领域。
目前，利用LabVIEW平台开发更复杂的实时多任务测试系统已成为一种新趋势。
本文基于Labview软件平台，以MSP430作为控制器，并采用光栅位移测量技术，提出了一种可提高工作效率和测量精度的全自动位移测量系统的设计。
1系统总体设计系统的主机软件开发平台为Labview，控制器为MSP430单片机，系统设计是通过结合光栅尺，伺服系统，寻边器等硬件实现的。
X轴驱动器用于驱动X轴电机，该电机驱动读取头沿X轴移动；Y轴驱动器用于驱动Y轴电机，该Y轴电机带动光电感应寻边器沿Y轴方向移动。
光栅尺输出的正交脉冲信号经过精细分辨率的相位电路处理后，有两个信号输出。
控制器通过处理高分辨率相电路的输出信号，获得X轴的运动方向和实际位移。
系统通过串行通讯实现上位机与控制器之间的数据交互。
系统选择光栅尺为2μm的光栅尺作为位移传感器，以实现±10μm的测量精度。
光栅尺输出的AB相正交编码信号通过精细分辨率的相位电路，以提高位移测量精度。
基于Labview软件平台开发的上位机软件实现了简单易用的人机交互。
上位机通过串口与控制器进行数据交互，包括发送控制系统运行命令和接收反馈测量数据。
主机与Access数据库Connect进行通信，以实现与测量数据管理相关的操作。
由于光栅传感器测量精度高、动态测量范围广、可进行无接触测量、易实现系统的自动化和数字化，因而在机械工业中得到了广泛的应用。
特别是在量具、数控机床的闭环反馈控制、工作母机的坐标测量等方面，光栅传感器起着重要作用。
目前，USB端口已成为微机主板的标准端口，利用USB总线技术，开发适用于科学研究和工业生产的各种仪器仪表设备，借以取代传统计算机测控系统中采用的串行RS232、并行接口以及ISA或PCI总线的仪器仪表设备，不仅可使计算机测控系统更加高效实时、方便灵活，而且可满足高质量、高可靠性、低成本计算机测控系统的要求。
本文以光栅位移传感器检测系统的设计背景，详细介绍了系统的硬件、软件设计方法。
光栅位移传感器的基本原理和特点光栅位移传感器的基本构成是一对光栅，其中一块是固定的，而另一块是运动的。
当它们发生相对运动并有光通过两者时，能够获得相当于干涉仪中得到的条纹信号，即所谓的莫尔条纹信号。
与普通位移传感器相比，它有以下几个特点。
● 精度高。
光栅位移传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器。
在圆分度和角位移测量方面，光栅式传感器也属于精度最高的。
大量程测量兼有高分辨率。
感应同步器和磁栅式传感器也具有大量程测量的特点，但分辨力和精度都不如光栅位移传感器。
可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化。
具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格，但不如感应同步器和磁栅式传感器的适应性强，油污和灰尘会影响它的可靠性。
主要适用于在实验室和环境较好的车间使用。
系统硬件设计1 系统原理简介光栅位移传感器是进行高精度位移测量的光电转换器，它将位移微变量转换为多路正弦光栅信号。
硬件电路要求首先对正弦光栅信号合成，消除测量中的共模干扰信号，然后一路进入单片机进行A/D转换；另一路通过比较器转换成数字信号后由D触发器和与门电路完成光栅位移的辨向，而后进入单片机进行正向和反向计数；其次单片机将这些数据通过USB插口送入计算机，最后由计算机进行数据细分和处理，从而得到光栅位移长度。
电子设计工程Electronic Design Engineering第29卷Vol.29第7期No.72021年4月Apr.2021收稿日期：2020-04-22稿件编号：202004181基金项目：院级自然科学类科研项目（ZK19-16）作者简介：罗瑜（1992—），女，陕西西安人，工学硕士，助教。
研究方向：先进控制理论与应用，控制系统建模与仿真。
位移测量在工业生产应用中非常广泛，随着工件精密度要求的提高，相对应的对测量设备的测量数据精度要求越来越高，同时对测量效率、测量数据处理、可靠性、自动化程度、可操作性都有相应的要求。
光栅尺以其适应性强、测量精度高等优势在位移测量系统应用中占有很大比重[1]。
目前，设计实现的测量系统主要表现在功能实用性方面，在测量数基于Labview 的位移测量系统设计罗瑜（陕西工业职业技术学院电气工程学院，陕西咸阳712000）摘要：基于Labview 的位移测量系统以其使用操作方便，测量分辨率高等优点，在位移测量领域应用广泛。
介绍了一种基于Labview 的位移测量系统的实现。
系统基于Labview 软件平台开发，通过串口实现数据交互，并对测量工件的尺寸加工精度进行了分析。
测量系统通过对光栅尺输出的信号进行细分辨相，提高位移测量精度，使用MSP430对细分后的信号进行处理。
系统整体实现了对X -Y 工作台上X 方向的位移测量，并将测量结果返回至上位机，上位机系统通过专用工具包与Ac⁃cess 数据库连接，实现对批量测量数据的存储和管理。
实验表明该系统测量精度高，操作方便，稳定可靠。
关键词：Labview ；光栅尺；位移测量；数据库中图分类号：TN29文献标识码：A文章编号：1674-6236（2021）07-0063-05DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2021.07.014Design of displacement measurement system based on LabviewLUO Yu（School of Electrical Engineering ，Shaanxi Industrial Vocational and Technical College ，Xianyang712000，China ）Abstract:The displacement measurement system based on Labview is widely used in the field of displacement measurement due to its convenient operation and high measurement resolution.The realization of a displacement measurement system based on Labview is introduced.The system is developed based on the Labview software platform ，realizes data exchange through the serial port ，and can analyze the measurement precision of the workpiece size.The measurement system improves thedisplacement measurement accuracy by finely distinguishing the signal output by the grating ruler ，and uses the MSP430to process the subdivided signal.The system as a whole realized the X ⁃Y table displacement measurement in the X direction ，and returned the measurement results to the host computer.The host computer system was linked to the Access database through a special toolkit to store and manage batch measurement data.Experiments show that the system has high measurement accuracy ，convenient operation ，stability and reliability.Keywords:Labview ；grating ruler ；displacement measurement ；database《电子设计工程》2021年第7期据管理和可操作性方面还有很大提升空间。
