范光照臺灣大學：機械工程學研究所宋欣明Sung, Hsin-MingHsin-MingSung2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61600隨著電子產業的微小化，光學量測技術紛紛朝向微小尺寸表面量測發展。本研究之目的在開發研究微機械元件三維輪廓尺寸量測系統－立體顯微術（Stereo Microscopy），在現有基礎上提出了一種微三維逆向工程測試理論及系統設計方法。 系統主要架構以數位條紋投影技術(Digital Fringe Projection, DFP)搭配相位移量測原理(Phase-Shifting Principle)，發展三維光學量測系統。在理論上以多條紋投射法(面結構光)可節省單條紋掃描所耗費的時間，並以相位移法提高條紋量測精度；在技術上將整合數位微鏡晶片(Digital Micro-mirror Device, DMD)提供物體三維量測的結構光源，由程式來控制輸出所需的條紋週期和條紋數，可提高系統量測的彈性。 本論文使用投射範圍為5mm×3.75mm的面結構光來進行物體外型輪廓的重建及微工件尺寸的量測，此時系統的準確度(Accuracy)為5.4μm，標準差σ為3.18μm，可對於mm ~μm級的工件進行三維輪廓的重建，並可對於白光干涉儀所無法量測的傾斜表面進行量測。As the minimization of electric components spreads out, optical measurement techniques are developed toward micro-scale profile measurement. This research is proposed to construct a prototype of precision 3D measurement system, Stereo Microscopy, for the purpose of profile and dimension of micro components. It provides the concept and system design of micro 3D reverse engineering. The main techniques of the system include digital fringe projection technology (DFP) and phase-shifting principle. Due to line scanning is replaced by fringe pattern (Area Structured Lighting), efficiency will be improved. The precision of measurement will be arised by phase-shifting principle. Besides, we can control the period and number of fringes to improve the flexibility of system by integrating digital micro-mirror device (DMD) into the system In this research, the fringe pattern, which is 5mm×3.75mm in dimension, will be provided to reconstruct the 3D profile and the dimensional measurement of objects. The accuracy and standard deviation σ of the system is 5.4μm and 3.18μm. It can reconstruct the 3D profile of the components which are in the range of mm to μm. It can also easily measure some certain kind of samples that are difficult to be measured by white light interferometry.摘 要 I Abstract II 目錄 III 圖表目錄 VI 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 3 1-2-1 三維量測之現行方法 3 1-2-2 立體顯微術 7 1-3 立體顯微術之簡介 9 1-4 數位微鏡晶片 12 1-5 研究之目的與內容 14 第二章 數位影像處理技術 17 2-1 前言 17 2-2 系統量測誤差之來源及改善方法 18 2-3 平均影像技術 20 2-4 影像空間迴旋積分 25 2-4-1 平均濾波法(Mean Filter) 27 2-4-2 低通濾波法(Lowpass Filter) 28 2-4-3 高通濾波法(Highpass Filter) 29 2-5 低通濾波法之應用 29 第三章 相位移量測技術 36 3-1 前言 36 3-2 相移法相位量測原理 37 3-2-1 相移法原理 37 3-2-2 相移法演算公式之比較 38 3-2-3 2π相位之建立 42 3-3 相位重建技術 43 3-3-1 不連續源(Discontinuity Source) 45 3-3-2 與路徑相關的相位重建演算法 47 3-3-2-1 支線切割演算法(Branch Cut Method) 47 3-3-2-2 影像品質導引演算法(Quality-Guided Method) 52 3-3-3 與路徑無關的相位重建演算法 54 3-4 相位重建演算法之比較 55 第四章 光學量測系統設計 57 4-1 系統架構 57 4-1-1 實驗設備 57 4-1-2 光路系統 58 4-2 系統軟體之發展 60 4-2-1 數位投影條紋的創成 60 4-2-2 系統程式介面 61 4-3 三維輪廓及尺寸之重建 62 4-3-1 量測系統之校正 62 4-3-1-1 相位與實際高度值轉換機制之建立 65 4-3-2 基準平面之迴歸 68 4-4 系統精度之探討 69 第五章 實驗結果與分析 71 5-1 實驗流程 71 5-2 三維輪廓之重建 73 5-2-1 高爾夫球(Golf Ball) 73 5-2-2 小鋼球 76 5-2-3 硬幣(Coin) 80 5-3 微工件之三維尺寸量測 83 5-3-1 V型槽(V Groove) 83 5-3-2 階高片 88 5-3-3 錫高(Solder Paste) 94 第六章 結論與討論 97 6-1 結論 97 6-2 討論 98 參考文獻 1008815743 bytesapplication/pdfen-US立體顯微術；數位條紋投影技術；相位移量測原理；數位微鏡晶片Stereo Microscopy；digital fringe projection technthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61600/1/ntu-93-R91522703-1.pdf