單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)及測量方法，其特征是：激光器出射的激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡之后以擴(kuò)散光的形式照射被測物，被測物的表面漫反射光依次經(jīng)過成像鏡頭、狹縫光闌、4f系統(tǒng)以及邁克爾遜型裝置投射在CCD相機(jī)的靶面上。本發(fā)明可以對(duì)被測物表面的缺陷和應(yīng)力形變進(jìn)行無損、全場、快速、動(dòng)態(tài)測量，且便于現(xiàn)場測量。
【專利說明】單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)及測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)及測量方法，用于解決工 業(yè)上對(duì)大面積被測物的變形和缺陷進(jìn)行無損、快速、動(dòng)態(tài)、在線檢測的問題，可廣泛地應(yīng)用 在航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品的檢測技術(shù)要求也在不斷 提高，高精度、非接觸、在線檢測等已成為工業(yè)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。剪切散斑干涉技術(shù)是 激光測量的重要分支，除了上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有無損、全場檢測、抗震能力強(qiáng)、不需要參考光 束的優(yōu)點(diǎn)。因此剪切散斑干涉技術(shù)在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003] 但是傳統(tǒng)剪切散斑干涉技術(shù)測量范圍小，且多采用時(shí)間相移技術(shù)，時(shí)間相移技術(shù) 是指在時(shí)間序列上采集圖像，在各幀圖像之間形成固定的相位差，但這種方法容易受到外 部環(huán)境的干擾，如振動(dòng)，溫度波動(dòng)，或被測物本身的快速運(yùn)動(dòng)影響，無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種單狹縫空間載波剪切 散斑干涉測量系統(tǒng)及測量方法，可以對(duì)被測物表面的缺陷和應(yīng)力形變進(jìn)行無損、全場、快 速、動(dòng)態(tài)測量，且便于現(xiàn)場測量。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的特點(diǎn)是：激光器出射的激光經(jīng)過 擴(kuò)束鏡之后以擴(kuò)散光的形式照射被測物，所述被測物的表面漫反射光依次經(jīng)過成像鏡頭、 狹縫光闌、4f系統(tǒng)以及邁克爾遜型裝置投射在CCD相機(jī)的靶面上。
[0007] 本發(fā)明單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的特點(diǎn)也在于：所述邁克爾遜型裝 置是由分光棱鏡、處在分光棱鏡第一側(cè)面的第一平面鏡，以及處在分光棱鏡第二側(cè)面的第 二平面鏡構(gòu)成，所述分光棱鏡第一側(cè)面和分光棱鏡第二側(cè)面為分光棱鏡相鄰的兩個(gè)側(cè)面， 所述第一平面鏡與分光棱鏡的第一側(cè)面成一不為零的夾角Θ，所述第二平面鏡與分光棱鏡 第二側(cè)面平行；被測物的表面漫反射光由分光棱鏡分為第一光束和第二光束，所述第一光 束和第二光束并分別垂直照射在所述第一平面鏡和第二平面鏡上，由所述第一平面鏡反射 后的第一光束偏轉(zhuǎn)β角度照射到C⑶相機(jī)的靶面上，β=2Θ，由所述第二平面鏡反射后 的第二光束垂直照射到CCD相機(jī)的靶面上，所述第一光束和第二光束在CCD相機(jī)的靶面上 的成像形成有錯(cuò)位，以剪切量ΛX表征所述錯(cuò)位量，相互傾斜的第一光束和第二光束產(chǎn)生 載波，載波頻率為以所述邁克爾遜型裝置作為剪切裝置并作為載波裝置。
[0008] 本發(fā)明單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的特點(diǎn)也在于：所述狹縫光闌位于 成像鏡頭的焦平面上，以所述狹縫光闌作為空間濾波器，以控制空間頻譜的帶寬。
[0009] 本發(fā)明單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的測量方法的特點(diǎn)是：對(duì)所述被測 物進(jìn)行動(dòng)態(tài)變形，由所述CCD相機(jī)采集被測物在變形前后的剪切散斑干涉圖像，通過計(jì)算 獲得所述剪切散斑干涉圖像的相位信息，將被測物在變形前和變形后的散斑干涉圖像的相 位信息進(jìn)行相減處理，獲得表征被測物的離面變形信息的相位差，進(jìn)而測量出被測物的離 面位移導(dǎo)數(shù)場。
[0010] 本發(fā)明單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的測量方法是按如下步驟進(jìn)行：
[0011] 步驟1 :由CXD相機(jī)采集剪切散斑干涉圖像的強(qiáng)度I(x，y)
[0012] 被測物（3)的表面漫反射光在經(jīng)過所述第一平面鏡和第二平面鏡反射之后形成 剪切角為β的第一光束和第二光束；第一光束的波前U1(Xj)和第二光束的波前U2 (x，y) 分別由式（1)和式（2)表示：

【權(quán)利要求】
1. 一種單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)，其特征是：激光器（1)出射的激光經(jīng) 過擴(kuò)束鏡（2)之后以擴(kuò)散光的形式照射被測物（3)，所述被測物（3)的表面漫反射光依次經(jīng) 過成像鏡頭（4)、狹縫光闌（5)、4f系統(tǒng)（6)以及邁克爾遜型裝置（7)投射在CCD相機(jī)（8) 的靶面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)，其特征是：所述邁 克爾遜型裝置（7)是由分光棱鏡、處在分光棱鏡第一側(cè)面的第一平面鏡，以及處在分光棱 鏡第二側(cè)面的第二平面鏡構(gòu)成，所述分光棱鏡第一側(cè)面和分光棱鏡第二側(cè)面為分光棱鏡相 鄰的兩個(gè)側(cè)面，所述第一平面鏡與分光棱鏡的第一側(cè)面成一不為零的夾角e，所述第二平 面鏡與分光棱鏡第二側(cè)面平行；被測物（3)的表面漫反射光由分光棱鏡分為第一光束和第 二光束，所述第一光束和第二光束并分別垂直照射在所述第一平面鏡和第二平面鏡上，由 所述第一平面鏡反射后的第一光束偏轉(zhuǎn)0角度照射到C⑶相機(jī)（8)的靶面上，0 = 2 0， 由所述第二平面鏡反射后的第二光束垂直照射到CCD相機(jī)（8)的靶面上，所述第一光束和 第二光束在CCD相機(jī)（8)的靶面上的成像形成有錯(cuò)位，以剪切量AX表征所述錯(cuò)位量，相互 傾斜的第一光束和第二光束產(chǎn)生載波，載波頻率為f〇,以所述邁克爾遜型裝置（7)作為剪切 裝置并作為載波裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)，其特征是：所述狹 縫光闌（5)位于成像鏡頭（4)的焦平面上，以所述狹縫光闌（5)作為空間濾波器，以控制空 間頻譜的帶寬。
4. 一種權(quán)利要求1所述的單狹縫空間載波剪切散斑干涉測量系統(tǒng)的測量方法，其特征 是：對(duì)所述被測物（3)進(jìn)行動(dòng)態(tài)變形，由所述CCD相機(jī)（8)采集被測物（3)在變形前后的剪 切散斑干涉圖像，通過計(jì)算獲得所述剪切散斑干涉圖像的相位信息，將被測物（3)在變形 前和變形后的散斑干涉圖像的相位信息進(jìn)行相減處理，獲得表征被測物（3)的離面變形信 息的相位差，進(jìn)而測量出被測物（3)的離面位移導(dǎo)數(shù)場。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行： 步驟1 :由CCD相機(jī)采集剪切散斑干涉圖像的強(qiáng)度I(x，y) 被測物（3)的表面漫反射光在經(jīng)過所述第一平面鏡和第二平面鏡反射之后形成剪切 角為0的第一光束和第二光束；第一光束的波前^匕卩）和第二光束的波前u2(x，y)分別 由式⑴和式⑵表示：
式⑴和式⑵中，|Ul(x+AX，y) |是第一光束的波陣面振幅，|u2(X，y) |為第二光束 的波陣面振幅，識(shí)^ + 為第一光束的相位，叫7)為第二光束的相位。其中X，y分別 表示CCD相機(jī)的靶面陣列上的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)； 由式（3)計(jì)算獲得由CCD相機(jī)所采集到的剪切散斑干涉圖像的強(qiáng)度I(x，y):

【文檔編號(hào)】G01N21/88GK104482875SQ201410798529
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】王永紅, 馮家亞, 王鑫, 劉瑩雪, 楊連祥 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)