空間載頻剪切散斑干涉技術(shù)研究

1、空間載頻剪切散斑干涉技術(shù)研究 空間載頻剪切散斑干涉技術(shù)研究Research on Technology of Spatial CarrierFrequency Shearography學(xué)科專業(yè)：光學(xué)工程研 究 生：李宏躍指導(dǎo)教師：蔡懷宇 教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一二年十一月摘 要 摘 要剪切散斑干涉術(shù)是一種表面微形變的光學(xué)測(cè)量技術(shù)， 具有非接觸、 高靈敏度、無(wú)損檢測(cè)、 全場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)， 在多種材料的無(wú)損檢測(cè)中有著廣泛地應(yīng)

2、用。 目前多數(shù)剪切散斑干涉測(cè)量設(shè)備采用時(shí)間相移技術(shù)， 只有少數(shù)國(guó)外產(chǎn)品采用空間相移技術(shù)。時(shí)間相移技術(shù)在時(shí)間序列上采集相移散斑圖，不適合動(dòng)態(tài)測(cè)量；空間相移技術(shù)中的空間載頻法能夠?qū)崿F(xiàn)散斑圖像的瞬態(tài)采集和處理， 是動(dòng)態(tài)測(cè)量的最佳方法之一。本文圍繞空間載頻技術(shù)，開展了以下幾方面的研究工作：一、 提出了簡(jiǎn)化的傅里葉變換法， 有效地減少了形變相位提取的計(jì)算復(fù)雜度。傳統(tǒng)的傅里葉變換法對(duì)頻譜旁瓣中心定位不準(zhǔn)確會(huì)導(dǎo)致載頻相位殘余， 本文提出利用函數(shù)變換直

3、接計(jì)算形變相位的方法，簡(jiǎn)化了相位提取流程。二、 設(shè)計(jì)了剪切量獨(dú)立可調(diào)的雙孔徑空間載頻剪切干涉光路， 和基于 4f 系統(tǒng)的視場(chǎng)擴(kuò)展光路。 利用雙孔限制散斑尺寸并引入載頻， 剪切量通過組合雙光楔進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中載頻量由孔距與像距決定，剪切量可以進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。同時(shí)，本文還結(jié)合 4f 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的視場(chǎng)擴(kuò)展光路，實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)測(cè)量。三、完成了載頻散斑干涉圖的處理算法設(shè)計(jì)和測(cè)量應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了低噪聲的高質(zhì)量相位圖的動(dòng)態(tài)提取。 本文所設(shè)計(jì)的圖像處

4、理算法在頻域和空域分別實(shí)現(xiàn)了載頻干涉圖的降噪和相位圖的濾波， 濾除了低頻背景噪聲和高頻相位殘余噪聲。開發(fā)了適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量的采集與處理軟件。四、搭建了空間相移剪切散斑干涉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的正確性和算法的合理性。結(jié)合所設(shè)計(jì)的光路結(jié)構(gòu)，開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)橡膠板的彈性形變恢復(fù)過程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)量。 實(shí)驗(yàn)表明， 本文所設(shè)計(jì)的空間載頻剪切干涉系統(tǒng)能實(shí)時(shí)計(jì)算形變梯度所反映的相位變化，測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)了 1.43 幀/s 的相位計(jì)算速度，能夠?qū)嶋H應(yīng)用