形貌影柵云紋法和相移干涉全息光彈性法的數(shù)字仿真研究.pdf

1、數(shù)字形貌重建光測原理(數(shù)字形貌光測法)是一門發(fā)展中新的學(xué)科領(lǐng)域。它是力學(xué)、實驗力學(xué)、光測力學(xué)、實驗應(yīng)用物理和物理光學(xué)工程等科學(xué)工作者以現(xiàn)代光測法中的數(shù)字光彈性、數(shù)字面內(nèi)與離面位移云紋法、數(shù)字散斑和電子散斑剪切干涉法、數(shù)字全息干涉法等實驗方法為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)代圖像處理技術(shù)，正在努力創(chuàng)建的一門宏觀及微觀重建物體多維形貌、重建光學(xué)干涉條紋圖像形貌和重建應(yīng)力、變形分布狀態(tài)形貌等為基本內(nèi)容的新學(xué)科。本論文所涉及的僅僅是其中被認(rèn)為是有發(fā)展前途和為學(xué)者

2、們關(guān)注的，旨在為各種物體及光學(xué)干涉條紋圖像形貌重建的兩個課題：數(shù)字形貌影柵云紋法(Digitalshadowmoiréprofilometry)和重建獲得單獨等厚線相位圖像的相移干涉全息光彈性法，重點是它們的仿真模擬原理、技術(shù)和自動化測量與處理一體化的實驗和評估系統(tǒng)。 在應(yīng)用形貌影柵云紋法進(jìn)行形貌重建時，為了方便通常采用光場參數(shù)不同的點照射——點觀測光場，但這種光場的相移值是近似的，且隨著光場的不同而異。這就給形貌影柵云紋法的測

3、量和處理實驗系統(tǒng)帶入一個不確定的初始系統(tǒng)誤差，它對正確分析實驗測試誤差帶來許多困難。所以為了使眾多的形貌重建結(jié)果在研究和應(yīng)用中具有可比性，就必須探求一個準(zhǔn)確、高效和經(jīng)濟(jì)的方法，來分析、檢測和評估這種初始系統(tǒng)誤差，探索其規(guī)律性，找出使之趨于可以控制的常差所必須遵循控制條件。只有這樣，才可能得到可比的參考數(shù)據(jù)，供儀器和工程設(shè)計者，及實驗研究者制定設(shè)計和實驗測試規(guī)范，以利于實際應(yīng)用。研究認(rèn)為，按以上對分析方法的要求和欲達(dá)到的目標(biāo)，對于這種實驗

4、方法應(yīng)用基礎(chǔ)性的研究工作，采用數(shù)字仿真方法是合適的。 鑒于以上原因，本文把基于影柵虛云紋場原理的數(shù)字仿真方法引入形貌影柵云紋法中，提出數(shù)字仿真形貌影柵云紋法及自動測量和處理一體化實驗系統(tǒng)的原理與技術(shù)，開發(fā)了與之對應(yīng)的系列軟件。用這個方法和實驗系統(tǒng)及系列軟件，可以獲得優(yōu)質(zhì)的云紋圖像和各種光場，包括相當(dāng)于獲得精確結(jié)果的平行照射—平行觀測的標(biāo)準(zhǔn)光場和不同光場參數(shù)的等距點照射——點觀測等非標(biāo)準(zhǔn)光場的形貌重建結(jié)果。以提出的方法和實驗系統(tǒng)為

5、基礎(chǔ)，建立起數(shù)字仿真形貌影柵云紋法的誤差評估系統(tǒng)及其相關(guān)軟件，具體分析了不同參數(shù)的等距點照射——點觀測的光場與最大相對誤差的變化規(guī)律，進(jìn)而對它們的初始系統(tǒng)誤差進(jìn)行了誤差評估，給出了在限定最大相對誤差下，必須控制的光場參數(shù)的具體數(shù)據(jù)，為規(guī)范設(shè)計常用的等距點照射——點觀測光場提供了準(zhǔn)則。 針對經(jīng)典的干涉光彈性法和已有的全息光彈性法難以推廣應(yīng)用到復(fù)雜的平面應(yīng)力分析及三維應(yīng)力分析等問題，在數(shù)字光彈性法中以光強方程式為參數(shù)的相移算法獲得單