空間載頻剪切散斑干涉技術研究

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

2、用。 目前多數(shù)剪切散斑干涉測量設備采用時間相移技術， 只有少數(shù)國外產(chǎn)品采用空間相移技術。時間相移技術在時間序列上采集相移散斑圖，不適合動態(tài)測量；空間相移技術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， 是動態(tài)測量的最佳方法之一。本文圍繞空間載頻技術，開展了以下幾方面的研究工作：一、 提出了簡化的傅里葉變換法， 有效地減少了形變相位提取的計算復雜度。傳統(tǒng)的傅里葉變換法對頻譜旁瓣中心定位不準確會導致載頻相位殘余， 本文提出利用函數(shù)變換直

3、接計算形變相位的方法，簡化了相位提取流程。二、 設計了剪切量獨立可調(diào)的雙孔徑空間載頻剪切干涉光路， 和基于 4f 系統(tǒng)的視場擴展光路。 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行調(diào)節(jié)，其中載頻量由孔距與像距決定，剪切量可以進行獨立調(diào)節(jié)。同時，本文還結(jié)合 4f 系統(tǒng)設計了系統(tǒng)的視場擴展光路，實現(xiàn)了大視場測量。三、完成了載頻散斑干涉圖的處理算法設計和測量應用軟件設計，實現(xiàn)了低噪聲的高質(zhì)量相位圖的動態(tài)提取。 本文所設計的圖像處

4、理算法在頻域和空域分別實現(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)了適用于動態(tài)測量的采集與處理軟件。四、搭建了空間相移剪切散斑干涉實驗系統(tǒng)，實驗驗證了系統(tǒng)的正確性和算法的合理性。結(jié)合所設計的光路結(jié)構(gòu)，開展了相關實驗，對橡膠板的彈性形變恢復過程進行了動態(tài)測量。 實驗表明， 本文所設計的空間載頻剪切干涉系統(tǒng)能實時計算形變梯度所反映的相位變化，測量軟件實現(xiàn)了 1.43 幀/s 的相位計算速度，能夠?qū)嶋H應用