电子散斑干涉位移场分离技术及其在三维测量中的应用

提供了一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移场测量方法.在双光束电子散斑干涉中增加参考光,使这一路参考光为两光束所共用.两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的二幅位相图.只需简单的位相运算就能够将面内位移场与离面位移场分离.在竖直方向上,采用两光束对称照明被测物,直接测量面内位移竖直方向分量.本文将该技术应用到柴油机油泵测量上,得到了油泵的三维位移场.该技术为三维位移场的测量提供了一种新的有效途径,也为柴油机零部件的强度和刚度分析评价提供了新的方法.     

基于光学涡旋相移技术的离面位移测量

设计了基于光学涡旋相移技术的离面位移测量实验方案,实现了电子散斑干涉中相移的数字控制.该方法利用输入液晶空间光调制器中的叉形光栅产生涡旋光束,通过涡旋光束绕轴的旋转产生相移;同时,产生的涡旋光束又作为参考光与物光干涉.实验中,在物体发生离面位移前后依次输入四幅叉形光栅,产生相移步长为π/2的涡旋光束,利用CCD获得涡旋光与物光的干涉光场,从而获得离面位移场的包裹相位;再通过解包裹,获得物体离面变形的相位变化.光学涡旋相移法可应用于离面位移测量.     

高功率激光器光束质量测量的衰减缩束实验

针对目前光束质量分析仪只能用于小口径、低功率激光器光束质量评估的问题，开展了高功率激光器光束质量测量的衰减缩束技术实验研究，搭建了缩束激光的波像差及光束质量测量装置，开展了缩束组件装调误差对光束质量影响的实验。实验结果表明，随着装调视场角度的增加，1/3倍缩束组件在1.2°视场处M²测量偏差小于5%。搭建了偏振分光装置，研究了衰减组件对光束稳定性的影响。实验结果表明，随机偏振的准单模激光器的稳定性比多模激光更易受到衰减组件退偏的影响。搭建了高反式与楔板式高功率激光光束质量测量装置，对1 kW准单模激光进行光束质量测量。实验结果表明，在高反式测量装置中，待测光束通过高反镜时产生了退偏，从而导致光束质量测量结果偏小，楔板式测量装置的测量结果更能准确反映待测光的光束质量。     

一种即时平面标定的二维视觉测量方法

在二维视觉测量过程中,测量平面与标定平面的重合度是影响测量精度的重要因素。现有的二维视觉测量方法将平面标定过程及测量过程分步进行,测量平面与标定平面存在离面位移,通常需要精密的约束装置对标定靶标及待测物进行校准操作。为简化二维视觉测量过程并抑制离面位移,提出一种即时平面标定的二维视觉测量方法,通过在待测物上直接投射标定的激光点阵,建立待测平面与成像平面的映射关系,再根据该映射关系对待测物表面的特征点进行测量计算。该方法仅需对系统参数进行一次标定,与无离面误差校正的传统二维视觉测量方法相比,提高了测量精度,简化了测量过程。     

直角棱镜平面反射衰减在激光光束诊断中的应用研究

论述了普通光学元件-直角平面反射镜在激光光束诊断中的应用,提出了利用直角棱镜的直角面反射进行光能衰减,详细论述了采用该方法进行光能衰减的可行性,分析了平面反射衰减法在激光束诊断中对测光束的影响,讨论了激光束发散角在直角面反射中的影响,结合半导体光束诊断进行了应用分析.实验证明,该方法结构简单,误差小,调整方便,利用普通反射棱镜直角面衰减即可满足激光强度的匹配要求,实现了待测激光束的无失真取样,达到了很好的测试效果.     

在电子散斑干涉中利用反相位法进行三维变形测量

提出一种可将离面位移与面内位移分离的三维位移计算方法。在双光束电子散斑干涉系统中增加一路参考光,使这一路参考光为两光束所共用。两束光各自独立地对变形物体进行测量,分别计算相位分布,并对其中之一进行反相位计算。理论分析表明,对二路检测光所得到的相位进行相减运算,就能够较好地减少电子噪声的影响,分离面内位移场与离面位移,实现物体变形的三维测量。介绍该方法的原理,并利用典型实验证实了该方法的可行性。     

利用激光散斑测量透明材料的折射率

提出了通过利用激光散斑测量光束横向位移量来测量透明材料折射率的方法.光线在被测材料表面的入射角为0°和3°的条件下,分别记录被测材料在不同厚度时的二次曝光散斑图像;在其功率谱的逆傅里叶变换光场中存在3个自相关强度分布,通过测量相邻2个自相关峰峰值点的间距,即可计算出在该材料厚度不同时所引入的光束横向位移量.再根据光束横...     

SPR快速角度调制系统

利用表面等离子体共振原理设计了测量待测物体的折射率的方法.通过快速控制反射镜的角度控制入射光的转动,光源照射在反射镜之后,由双透镜直接将光束聚焦至柱棱镜中心,实现入射光的旋转.在接收反射光时,使用光敏面足够大的光电转换器件,可以实现探测器在一次测量中固定不动,使系统得以简化.根据仿真结果可知,在折射率为1～1.33的范围内,共振角与待测物体折射率近似成线性关系,实际测量空气和水的共振角分别为39.8°和58.4°,据此可以近似确定该共振角范围内所有待测物质的折射率.     

高精度激光参数测量系统中衰减系统的研究与评价

 分析了楔形镜和中性玻璃衰减片组对光束的衰减原理,采用反射式楔形镜作为无像差定量衰减器,并同时使用中性玻璃衰减片组微调光束能量。实验测量了LD泵浦激光模式发生器基模和高阶模条件下激光束的M­²因子,结果表明：楔形镜反射式衰减器对光束质量无显著影响,将楔形镜第一次表面反射作为无像差定量衰减,入射角在0~55°范围内,单棱镜表面反射光束能量为入射光能量的4.3%,通过多块组合可以得到更大的衰减;可采用中性玻璃衰减片组对激光光束的衰减进行精细控制,使其满足CCD探测器动态范围要求。该结论可为高精度激光参数测量装置光衰减系统的研制提供理论依据。     

基于Brox光流估计的物体面形测量新方法

提出了一种利用光流场原理测量物体面形的新方法。测量系统由投影仪、被测物体以及CCD摄像机组成。将光栅条纹以小角度投影到参考平面上,分别采集被测物体加入前后的两幅条纹图像。对测量系统的空间几何结构进行分析,以参考面为参照系,建立了投影仪、摄像机、观测点三者的位移与物面高度的空间关系,其中,观测点的位移是基于Brox光流算法通过估计两帧图像间的光流分布得到的。针对测量系统导致的测量结果与实际形状不一致的问题,结合球冠几何模型的数值模拟结果,分析了误差产生的原因,提出了修正方法。理论模拟结果和实际测量结果验证了所提方法的可行性。与傅里叶变换法进行了比较,证实了所提方法仅用两帧图像即可精确地恢复物体的高度信息,实验过程简单,有效缩短了测量时间,且适用于动态测量。