基于电子散斑干涉的形貌测量研究

发布时间：2020-04-10 14:12

【摘要】：在众多的光测技术中，电子散斑干涉测量技术因测量速度快、分辨率高、非接触、适应性强、自动化程度高、成本低廉等优点而广泛应用于科学研究、医学诊断、工程设计、自动在线检测、质量控制、机器人视觉等方面。ESPI是在现代高科技成果，它集合了激光技术、视频技术、电子技术、信息和图像处理技术、计算机技术、精密仪器及自动控制技术。ESPI主要用来测量物体的变形，面形及物体的应变等。它可用来检测各种工程机械及设备的变形、振动、冲击、粗糙度、刚度和强度等特性，还可用来检测土木结构、水利设施的变形。它不但可以作为模型设计、分析、样机实验的先进工具，而且还可以作为产品检验和生产过程控制的一种有利工具。该技术也可用来检测复合材料、集成电路、压力容器和焊接物体表面或内部缺陷，成为x射线、红外和超声等传统无损检测方法的一种有效的补偿手段。经过30多年的发展，散斑干涉技术已经变得非常成熟，人们已经研制成功了可同时测量三维变形，形貌等多功能的散斑干涉测量系统，电子散斑干涉技术已经成为了一种非常重要的光学测量技术。本文主要在电子散斑干涉技术的基本原理及形貌测量方面的应用作了研究与讨论，主要内容如下： 1全面的简单介绍了目前所有的光学测量技术，分析比较了这些方法各自的优缺点，介绍了电子散斑干涉的历史并对它的发展前景作了展望。 2详细介绍的电子散斑干涉技术的测量原理，实现散斑测量的各个环节。并对在本文中起重要作用的个别公式的来源作了了推导。介绍了目前两种最重要的相位提取方法：相移法和傅里叶变换法，针对相移方法应用非常广泛的特点，本文全面介绍了三步相移，四步相移，五步相移，Carre算法以及多步相移的原理与公式。介绍了几种常用的相移装置，介绍了相位的解包裹处理方法。 3对新型大剪切棱镜的设制来源，剪切原理做了说明。将大剪切棱镜运用于电子散斑干涉，，继承了剪切散斑干涉法光路简单，抗干扰能力强的特点，本人对平移大剪切棱镜的相移做了理论推导，证明了平移大剪切棱镜可以引入稳定的、线性的附加相位。 4将大剪切棱镜运用于形貌测量，可提高实验的稳定性和抗干扰能力。分别用相移法和傅里叶变换法对球冠的形貌进行了实验测定，实验验证了大剪切棱镜可以替代大错位晶体棱镜(Wollaston棱镜)。由于它优良的性价比，所以在生产生活中具有广阔的发展前景。在实验中发现了一种可以有效消除散斑噪声的方法，二次滤波法，通过实验对比，发现对一个实验结果进行两次滤波后，实验的结果明显优于一次滤波的处理结果，该方法可以有效的提高测量的准确度。
【图文】：

基于电子散斑干涉的形貌测量研究

变形前散斑图

散斑图,散斑图

2()sin2()4sin()00rruuRRφφφφΔ Δ= +在上式中，散斑干涉条纹 sin (Δ φ(r )2)里面还是包含有高频载波 ()(0Rφ φ+Δφ物体变化的是 ()()/20rRφ φ+Δφ项。散斑条纹的成因可作如下解释：当物体某位的变化为2nπ时，该点的散斑没有变化，将两图相减之后光强为零，显示为黑当物体变形产生的相位变化不等于2nπ时，则随机散斑高频项使得最后的散斑图间的条纹。下面三幅图为实验展示，被测圆盘是经打磨的铝板，圆盘中心经千分尺加载，图分别为加载前后的两幅散斑图，2-7 为相减之后的散斑图，可见经过相减，我们理想的条纹图。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O348.1;O438

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