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数字散斑干涉技术

浏览次数: 日期:2017年12月25日 10:47

  数字散斑干涉技术(DSPI)是一种全场光测量技术,具有非接触、实时测量、高精度以及

高灵敏度等特点,另外还广泛应用于无损检测、生物医学检测、精密机械制造、振动测量和变

形测量等领域。

  当用相干光照射漫反射表面时,在空间会形成随机分布的亮斑和暗斑,这种现象称为散斑现

象。散斑现象很早就被发现,但直至十九世纪六十年代,激光这种高相干性的光源出现后,散

斑现象才得到重视。起初人们认为散斑是一种噪声,在测量中需要尽量消除或减弱;后来人们

认识到散斑中包含着有用信息,于是发展了散斑照相术、散斑统计术、散斑相关术、散斑干涉

术和剪切散斑干涉术等基于散斑现象的测量技术。散斑干涉术是一种通过对散斑干涉条紋进行

分析而获得测量结果的干涉测量方法,可测量物体变形过程中的离面位移。

  数字散斑干涉术与传统的散斑干涉术相比,具有以下优势:

  ①使用计算机存储数字图像,消除了传统散斑干涉中需要对感光胶片进行化学湿法处理的

过程,节省了时间并且降低了成本;

  ②可对两个状态下的剪切散斑干涉图进行减法运算,得到的剪切散斑干涉条纹不存在直流

分量,无需进行傅里叶光学滤波,使数字剪切散斑干涉进行实时测量成为可能;

  ③对散斑图像进行数字处理,可提高图像的质量和测量的可靠性;

  ④应用相移技术,可大幅度提高测量分辨率。

  因此,目前数字散斑干涉已经取代传统散斑干涉在工程中的应用。

  本文着重介绍数字散斑干涉技术在缺陷检测与变形测量中的应用,其中包括光束发生装置、

被测装置、剪切装置、相移装置、探测接收与处理装置等,具有光学粗糙表面的被测物由激光照

明,所产生的散射光经过剪切装置后被数字相机记录并处理,照明用的激光来自于点光源,经过

扩束器后形成了扩散光照射在被测物表面;该设备中关键部件是剪切装置,该结构由一个分光棱

镜和两个平面反射镜组成,其中平面镜2不垂直于光轴,而是存在一个微小角度,使从被测目标表

面点所发出的光经过平面镜和平面镜后分别聚焦于像面上的点C1和点C2;其中平面镜1通过相移装

置进行控制,该相移装置为四步相移,人为改变光程差,进而改变散斑干涉图相位变化,最后通过

相依算法获得最终的相位图。

图1 实验光路

 

  通过某种方式对被测物进行处理,或加热,或加压,再通过相移装置改变相位分布(分辨率

约为λ/10),使用数字分别采集作用前后的四幅相位分布图,再进一步处理得到相位差图、滤波

之后的图片、解包裹以及三维显示等结果图,进而可以迅速观察被测物是否存在缺陷。

 

 

图2 滤波图片

 

图3 解包裹

 

 

图4 3D显示图片

  由于数字散斑干涉技术具有全场、非接触、高精度等测量优势,目前已被广泛应用于航空

天复合材料的无损检测、离面和面内变形的检测、表面粗糙度的检测等;总之,该技术在航空航

天、轮机工程、土木电子及生物医学等领域的测试中有非常重要的地位。

 

 

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