剪切散斑干涉技术及应用研究进展

剪切散斑干涉技术是一种非接触测量物体变形缺陷的光学无损测量方法,其通过计算物体变形前后的散斑图中的相位获取被测物的应变缺陷信息。近年来该技术在航空、航天等工业无损检测领域得到了广泛的应用。本文从系统关键技术、散斑图像处理技术两方面介绍了剪切散斑干涉技术的研究进展,详细论述了多种剪切装置实现大视角测量、空间载波实现动态测量、多种图像处理算法的一系列剪切散斑干涉技术;最后介绍了剪切散斑干涉技术的国内外应用进展,展望了剪切散斑干涉技术在动态测量、光滑表面测量及定量反算形变量等方面的发展趋势。     

旋转锥镜相机研测动态曲率和斜率

采用旋转锥镜相机，进行激光散斑剪切照相，研测缓慢变形物体的动态曲率和斜率。拍摄一张散斑图即可获得曲率和斜率动态变化的全过程。     

旋转锥镜相机研制动态曲率和斜率

采用旋转锥镜相机，进行激光散斑剪切照相，研测缓慢变形物体的动态曲率和斜率。拍摄一张散斑图即可获得曲率和斜率动态变化的全过程。     

双波长剪切散斑干涉法在复合材料缺陷检测中的应用

为使剪切散斑干涉能适用于物体大变形的测量,选用双波长激光照射和彩色相机,用傅里叶变换法对干涉图进行频谱分离,用红色波长相位减去绿色波长相位,得到合成波长相位,经频域滤波和相位解包裹,得到连续相位.理论计算表明合成波长相位条纹数是单波长相位条纹数的0.189倍.合成波长参与计算可以有效减小相位条纹密度,解决剪切散斑干涉在物体离面位移测量中由于变形条纹过于密集而导致欠采样的问题,同时降低对干涉条纹滤波和相位解包裹难度,增强图像处理可靠度,提高了测量准确度.给出了合成波长与单波长相位幅度的比较以及相同外力下二者相位条纹密度的对比,实验验证了所提方法的有效性、准确性和可靠性,实现了剪切散斑干涉对复合材料大变形的测量,扩展了剪切散斑干涉工程应用的范围,为新型剪切散斑干涉测量系统的设计提供了参考.     

旋转锥镜散斑剪切术测量动态扭率和斜率

采用旋转锥镜技术，进行激光散斑剪切照相，测量变形物体的动态扭率和斜率，拍摄一幅散斑图可获得扭率和斜率动态变化的全过程。     

旋转剪切散斑干涉法的研究

本文提出一种新的动态散斑照相法——旋转剪切散斑干涉法.文中给出了理论分析和初步的实验结果.该方法不仅能在一张剪切散斑图上记录物体动态变形的全过程,而且在全场滤波分析时能方便地给出任一瞬时物体的变形信息,得到清晰的、高衬比的干涉条纹图.该方法设备简单,用途广泛.     

数字散斑干涉术物体形变测量

基于数字散斑干涉术测量物体形变的原理,研究了物体面内位移及变形的测试技术.采用电荷耦合器件记录变形前后的两幅散斑图,取代传统散斑干涉术中的记录干板,省去传统方法中干板显影、定影的繁琐的化学湿处理过程.分别用菲涅尔散斑和像面散斑方法获得散斑干涉图,用相减技术得到含有物体形变信息的散斑干涉条纹.设计高斯低通滤波器,对干涉条纹进行处理,提高了干涉条纹的对比度.提出扫描条纹中心行方法,由条纹中心行一维位相分布获得一维物面变形,实现了散斑干涉条纹的自动判读.试验表明,该方法简洁且实用.     

剪切散斑干涉术的无损检测研究

剪切散斑干涉术用于复合材料的光学无损检测具有较宽的加载范围,便于实现缺陷的全场记录,防止漏检。本文从理论上推导了剪切散斑干涉条纹(等应变条纹)的强度分布,并证明随着加载量的增大,条纹变密的程度较全息干涉条纹(等位移条纹)缓慢。加之,剪切散斑干涉条纹灵敏度具有可调性,加载范围大为加宽。实验观察与理论分析一致。     

采用新型激光散斑剪切干涉术直接测量物体表面位移导数

本文主要阐述了新型激光散斑技术,即散斑剪切技术,在精密计量,无损检验中的应用。通过对悬臂薄板弯曲变形的研究,充分证明该技术用于工业现场优于全息干涉法和Moire’法,具有广泛的潜力和经济价值。 本研究采用白光信息处理法来提取散斑图形中的条纹图形,比采用常规的激光信息处理法精度高得多,且经济、方便因而具有推广价值。     

一种新的多通道散斑照相术及其应用

提出了一种新的多通道散斑照相术，通过旋转光楔实现多通道散斑图记录。该方法不仅能在一张记录介质上记录物体动有一些状态的多通道散斑图，且用全场滤波分析时，能方便地同时给出所有通道的物变形信息，得到清晰高衬比的干涉条纹图。     

载频调制大剪切电子散斑干涉系统

大剪切电子散斑干涉技术不需要引入参考光，具有条纹质量好等特点。提出将干涉场的载频调制技术引入到大剪切电子散斑干涉中，可形成具有载频调制功能的新的电子散斑干涉系统。该系统具有对测量环境的隔振振动要求低，能方便定量求解物体的变形场等优点。首先讨论大剪切载频的调制机理，然后利用中心加载、周边固定的圆盘进行典型实验，设计了可用计算机控制且可对参考物进行精确偏转的步进电机系统，进而实现了对电子散斑干涉场的自动控制调制。最后，利用傅里叶变换法对调制条纹进行解调，解调出变形场的相位，并通过相位与位移的转换计算，得到精确的物体变形场。实验结果证明，该系统能够调制电子散斑干涉场，求解物体的位移场。     

基于物体像的干涉条纹图像中散斑噪声的识别方法

散斑噪声是激光干涉时的普遍现象,其覆盖被测表面对应区域的形状信息,造成测量误差。针对斜入式激光干涉测量中散斑噪声的特点,提出一种基于物体像的散斑噪声的识别方法。该方法通过统计物体像中有效测量区域和背景区域内灰度分布的特点,自动计算出判定散斑噪声的上下阈值。基于物体像与干涉条纹图像间微米级的映射关系,得到干涉条纹图像中散斑噪声的位置。设计了相关实验,对干涉条纹图像中识别出的散斑噪声区域进行修补,消除了包裹相位图中一个条纹周期内相邻像素点间大于π的相位突变。     

激光散斑技术与水工建筑物

散斑干涉计量术是七十年代发展起来的一门新兴技术.当用激光照射物体表面时,其漫反射光相互干涉形成了随机分布的斑点,该斑点称为“散斑”(speckle).散斑在六十年代初兴起的激光全息术中曾被作为相干噪声力求消除掉的.1968年。Burch和Tokavski指出[1]。用全息底片将物体表面的随机分布的散斑与物象一起拍摄下来而得到的散斑图。可用来获得物体表面变形(位移)的信息.Archbold, Burch和Ennos等人于1969年利用激光散斑法研究振动问题[2]。并且在1970年成功地进行物体变形的定量分析[3,4].1974年,Evans和Boone等人利用散斑相关原理测量断裂力…     

基于剪切散斑干涉技术的物体变形动态检测

为使仅适用于静态测量的空间相移剪切散斑干涉系统可用于物体变形的动态测量,在对传统剪切散斑干涉系统加以改进的基础上,提出一种物体变形动态检测方法。将检测系统中的压电陶瓷控制器用参考镜代替,减少了物理装置控制与执行的时间。对于物体发生变形的同一状态,仅需采集一幅干涉图像即可满足后期计算,加以二维连续小波滤波和最小二乘相位解包算法,能满足物体变形动态在线检测的需求。理论和实测实验表明,该方法能快速可靠地检测出物体动态形变,整个系统的最大误差范围在-1.5 rad~1.5 rad之间,整个检测过程最大误差百分比为6.4%,有较高的精度和实用性,为新型剪切散斑干涉测量系统的改进和设计提供参考。     

基于电子散斑干涉与数字剪切散斑干涉法的悬臂薄板振动分析

基于激光光路的光波随机相位扰动,分析了电子散斑干涉实时图像相减时模态条纹图的形成机理,提出了一种振幅涨落测量法。搭建了用于离面振动分析的电子散斑干涉和数字剪切散斑干涉测量系统,并对完整和含狭缝的悬臂铝板的振动特性进行了实验研究。实验结果表明,实时图像相减模式获得的模态条纹图对比度明显优于其他方法,得到的前10阶模态条纹图与有限元法计算结果具有良好的一致性。相比于电子散斑干涉法,数字剪切散斑干涉法对试样局部的刚度变化和缺陷更敏感。     

测量物体位移的数字白光散斑照相术

给出了一测量物体刚体位移的数字白光散斑照相术。数字傅里叶变换从双曝光字白光散斑图用来产生杨氏条纹。该杨氏条纹能够用数字傅里叶变换结合条纹重构进行自动分析。此外，给出一种条纹质量增强的方法。     

二次波面干涉的剪切散斑干涉计量术

提出了一种新的剪切散斑干涉方法─—二次波面干涉的剪切散斑干涉计量术．这一方法将被测物体变形前后波面的第一次干涉信息分别储存在两张全息干板上，通过光学信息处理实现波面的第二次干涉．两次波面干涉分别消除了位移和位移的一阶导数场对波面位相的影响，得到仅反映位移二阶导数场的条纹图．     

散斑照相术的三维位移正确分离方法及应用

本文针对散斑照相术中存在的三维位移分离问题进行了详细讨论.利用散斑杨氏条纹图的基本特性和物体变形的连续性提出了正确分离三维位移的方法.使得散斑照相术在三维变形测量方面得到了进一步完善.最后给出了 CMO620型车床主轴的三维热变形结果.     

正交光栅散斑剪切干涉术

本文提出了一种新的散斑剪切干涉系统,在该系统中,用正交光栅作为剪切元件以得到四个被测物的剪切散斑像,这样,在物体形变前后进行二次曝光就能同时记录物面的形变位移在四个不同方向上的导数,除此之外,该系统还具有光路简单,光能利用率高等特点,最后,我们用这种散斑剪切干涉系统对薄板的弯曲进行了测量,同时还给出了此方法在无损检测中的应用例子。     

孔径径向扫描散斑照相法

本文提出了一种新的散斑照相法——孔径径向扫描散斑照相法,以及初步的实验结果.该方法的优点是能在一张散斑图上记录物体动态变形的全过程,在全场滤波分析时,能以等值条纹的形式给出任一瞬时物体在x轴、y轴和45°方向上的变形信息.