形貌与微变形全场光学同时测量方法

在实际工程应用中,对材料形貌和结构变形等参量的检测是必不可少的,而且往往需要进行多参量同时测量。针对该背景,采用数字散斑干涉与数字条纹投影相结合的测量方法, 设计了一种集成光路,通过在数字散斑干涉实验光路中引入一个投影设备,实现物体表面形貌和微变形的同时测量。所提出的方法具有全场非接触测量的优点,且测量光路简单、操作方便、效率高、可靠性强。该方法的形貌测量分辨率优于10 μm,形变测量分辨率优于30 nm。     

数字散斑相关测量方法的研究与改进

通过对数字散斑相关测量方法的研究,提出一种新的数字散斑相关搜索方法.采用该方法可大大节省数字散斑相关测量中数据处理的时间.实验表明,本文所提出的方法是一种实用的快速、高精度位移和变形的测量方法.     

用电子散斑干涉法测微小角度

用电子散斑干涉法建立了微小角度定量测量系统,根据散斑噪声的特点,计算散斑图像沿不同方向的投影及投影的调制度,调制度最大值投影的周期为干涉条纹的宽度.实验结果表明该方法最小可测量角度为10-5 rad.     

利用散斑嵌入条纹和查找表进行三维面形测量

为了快速、准确地重建复杂场景的三维面形,提出了一种利用散斑嵌入相移条纹图案和截断相位-高度查找表的三维面形测量方法。将散斑作为辅助信号嵌入到四步相移条纹图案的相位分布中,得到待投影的复合条纹图案。利用相移算法解调出被测物体的截断相位和额外的散斑信息。利用查找表得到截断相位对应的多个候选高度,再利用散斑对条纹周期进行标记以解决高度歧义问题,唯一确定截断相位所对应的正确高度,以实现被测物体三维面形的快速重建。该方法直接从截断相位信息中重建三维面形,无需投影任何附加图案,也无需进行相位展开。理论分析和实验结果表明,该方法可以实现动、静态复杂场景三维形貌的高精度测量且鲁棒性好。     

孔径旋转频闪散斑照相法测量物体的固有频率

提出了一种测量物体固有频率的新方法－－孔径旋转频闪散斑照相法。该方法能方便地测量振动物体的固有频率，具有精度高、全场显示、条纹可见度好等优点，给出了理论分析和实验结果。     

频闪剪切散斑干涉术的研究

提出了一种用于振动研究的方法——频闪剪切散斑干涉照相法。该方法由于采用了剪切镜,能得到较为精确的散斑剪切图,提高了测量的精度,是一种用于振动研究较为理想的散斑照相的新方法。讨论了频闪剪切散斑干涉术的基本原理,给出了频闪剪切散斑图的全场分析的平均光强分析的解析式,并给出了实验结果。理论和实验都表明频闪剪切散斑干涉照相法要优于时间平均剪切散斑干涉照相法。该方法在全场滤波分析时,能给出任一瞬时物体振动信息,得到清晰的、高衬比的全场干涉条纹图,是一种实用可行的方法。     

基于荧光偏振分像的多翅翼结构三维全场测量

昆虫飞行过程中，翅翼会出现扭转、弯曲、卷翘等交叠现象，各个翅翼间相互遮挡，导致传统光学测量无法直接分辨其飞行姿态。针对透明膜翅的相互遮挡问题，提出基于荧光偏振分像的三维数字图像相关方法，进行多翅翼结构的三维全场变形测量，解决翅翼遮挡的动态测量问题。根据偏振成像原理，采用反射镜、偏振镜与分光棱镜组合的分光光路，实现单个偏振相机测量单色翅翼的三维形貌；结合荧光散斑的光谱特征，在各个相互遮挡的翅翼上制作不同散斑荧光，利用带通滤波片分离各个翅翼上特定光谱的荧光散斑，实现多个翅翼的独立成像和同步测量。开展等厚度薄板相对面形貌、变形的测量实验，标定多个相互遮挡面的测量精度。测量昆虫(知了)翅翼交叠的不同形态，给出了任意相互遮挡翅翼的三维姿态，验证测量方法的可行性。     

基于单幅数字散斑投影及图像相关的离面振动测量

采用单幅数字散斑图投影及高速数字图像采集技术,研究了动态离面位移的测量。采用商用液晶投影仪将计算机产生的模拟散斑图投影到待测动态变形物体表面,由高速数字图像采集设备摄取并保存变形散斑图,采用时间序列数字图像相关软件计算出物体表面各点随时间变化的离面位移。这种方法用于振动分析时不仅可以获得振型分布,而且还可以获得各点的振幅值。与现有的激光频闪照相测振及激光多普勒测振等方法相比,具有光学系统简单,可全场定量测量。悬臂梁振动实验结果证实了该方法的有效性。     

数字散斑技术在混凝土单轴压缩试验中的应用

数字散斑技术作为一种新兴的测量方法,它具有非接触、全场量测、精度高、操作简单等特点,随着计算机技术的迅猛发展,数字散斑技术得到了广泛的应用与研究。针对混凝土在外荷载作用下具有明显的非均匀变化的特征,借助传统的测量方法很难得到混凝土表面的全场变形结果的问题,结合数字散斑相关方法测量技术,开展了混凝土单轴压缩试验,拍摄了混凝土表面在单轴压缩过程中的位移与应变矢量场,为分析混凝土试件的损伤区域奠定了基础;与电测法测量结果进行了对比,其测量结果表明,这两种测量方法误差相对较小,且数字散斑技术能更早的发现混凝土表面的破坏,验证了数字散斑相关方法的准确性和可靠性。借助数字散斑技术可以更加方便准确的得到材料表面的变形场,这也将在一定程度上促进土木工程领域的发展,具有广阔的应用前景。     

电子散斑归一化互相关法测位移

把粗糙物体表面受到相干光照明时产生的散斑场看作是一个稳态随机信号,在此基础上,本文提出了一种能做到大量程,高精度位移测量的新方法——电子散斑归一化互相关法测位移或称电子散斑照相法测位移.该法实质上是借助数字图像处理技术,通过物体位移前后二个散斑场之间的相关性来进行位移测量方法的发展.文中给出了理论分析和实验系统.实验结果表明,该法有诸如准实时,大量程(毫米级),高精度和线性可靠等优点.     

基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。     

Blind phase error suppression for color-encoded digital fringe projection profilometry

Color-encoded digital fringe projection profilometry (CDFPP) has the advantage of fast speed, non-contact and full-field testing. It is one of the most important dynamic three-dimensional (3D) profile measurement techniques. However, due to factors such as color cross-talk and gamma distortion of electro-optical devices, phase errors arise when conventional phase-shifting algorithms with fixed phase shift values are utilized to retrieve phases. In this paper, a simple and effective blind phase error suppression approach based on isotropic n-dimensional fringe pattern normalization (INFPN) and carrier squeezing interferometry (CSI) is proposed. It does not require pre-calibration for the gamma and color-coupling coefficients or the phase shift values. Simulation and experimental works show that our proposed approach is able to effectively suppress phase errors and achieve accurate measurement results in CDFPP.     

Precise full-field distortion rectification and evaluation method for a digital projector

Digital projectors have been widely used in many accuracy-sensitive fields. Although some calibration methods have been proposed to obtain the intrinsic parameters for a digital projector, especially the radial and tangential distortion, there are few studies on how to rectify the projected image to obtain an ideal projection pattern and further evaluate the results. In this paper, a precise full-field image rectification technique is proposed based on the principle of projector calibration. The pixel remapping and interpolation techniques are detailed step by step. All of the method’s steps maintain subpixel accuracy. Moreover, a full-field verification method is presented to evaluate the effectiveness of the projector distortion procedure using a full-field phase map. A full-field non-linear distortion distribution map can be generated to represent distortion characteristics of nearly all the pixels of a projector in a very intuitive way. The experimental results validate and show the effectiveness of the proposed full-field rectification technique and evaluation method.     

频域数字散斑相关法对双材料界面裂纹的研究

本文将数字散斑相关方法与显微放大技术相结合,对铜、钢双材料界面裂纹试作进行了研究,提出了频率城数字散斑相关法,该方法在频率域中利用物体变形前后散斑图对应子区域的相关搜索来测量物体的变形位移,该方法与常用的空间域数字相关法相比,避免了相关识别中的反复搜索,极大地提高了信息提取速度,并且具有更高的定位精度和测量精度。文章最后给出了实验结果。     

散斑面内形变场检测系统设计

数字散斑测量是一种非接触、全场测量的高精度光测方法。该系统由散斑生成装置、数据采集装置和数据处理装置三部分组成。散斑生成装置将扩散的激光束投射到待测物体上,用接收屏接收物体散射生成的散斑图像。数据采集装置主要由CCD和数字采集卡组成,CCD拍摄散斑图像,并将其传输给数字采集卡,经采集卡转换成数字图像,以矩阵形式输入到数据处理装置。数据处理装置根据光学相关识别技术设计的检测程序对采集到的数字图像进行相关运算,通过对相关峰的准确定位来获取物体的形变信息。     

非接触三维测量全场结构关系模型分析及系统开发

研究开发了一种基于光栅投影和主动式三角法的高精度三维测量系统。分析了系统的全场结构关系模型及镜头失真对系统的影响,给出了空间三维坐标的详细算法。试验结果表明,系统的测量误差小于0.04mm,测量精度约为0.03mm。多视角测量的拼合结果表明,系统具有良好的360°测量精度,测量精细表面纹理效果好。该系统在反求工程及质量控制等领域具有良好的工业应用前景。     

Accurate measurement of composite laminates deflection using digital speckle pattern interferometry

The modern digital speckle pattern interferometry (DSPI) technique is applied for the accurate measurement of the full-field deflection distribution of a bent composite laminates. Two kinds of powerful phase-shifting methods, phase of differences method (PDM) and difference of phases method (DPM), are described briefly and employed in DSPI to quantitatively extract the phase information, respectively. A comparison of the deflection distributions measured by DPM and PDM indicates that the former has a better measurement accuracy than the latter in laminate's static test experiment.