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专利号: 2020107585897
申请人: 盐城工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统,其特征在于:以激光器为照射光源,其发射的激光经过第一反射镜在第一分光棱镜中按照5:5分束为透射光波和反射光波;

前述透射光波经过光学粗糙参考表面后形成空间漫反射光波,空间漫反射光波顺次经过第一孔径光阑以及第二反射镜后形成一束参考光波;

前述反射光波沿着光轴方向照射至被测物体表面后被分成第一物光波和第二物光波,第一物光波、第二物光波分别与光轴之间的夹角相同,其中第一物光波顺次经过第二孔径光阑、第三反射镜、全反直角棱镜、渥拉斯顿剪切装置形成两束剪切物光波,第二物光波顺次经过第三孔径光阑、第四反射镜、全反直角棱镜、渥拉斯顿剪切装置形成两束剪切物光波;

四束剪切物光波与一束参考光波同时通过第二分光棱镜后共同成像在单色CCD相机靶面上;

其中,第二孔径光阑、第三孔径光阑相对光轴对称设置,第三反射镜、第四反射镜相对光轴对称设置,被测物体、第一分光棱镜、全反直角棱镜、渥拉斯顿剪切装置、第二分光棱镜以及单色CCD相机均依次分布在光轴上,第三反射镜与第四反射镜垂直于光轴的中心线的中心位置上布设全反直角棱镜;

第一反射镜、第一分光棱镜以及光学粗糙参考表面形成的连接线与光轴垂直。

2.根据权利要求1所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统,其特征在于:第一物光波经过渥拉斯顿剪切装置错位后的两束剪切物光波相互干涉形成第一剪切散斑干涉图像,第二物光波经过渥拉斯顿剪切装置错位后的两束剪切物光波相互干涉形成第二剪切散斑干涉图像;

参考光波与剪切物光波相互干涉形成混合散斑干涉图像,混合散斑干涉图像分别与第一剪切散斑干涉图像、第二剪切散斑干涉图像再次发生干涉在单色CCD相机靶面形成耦合散斑干涉图像。

3.一种基于上述任意权利要求所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:第一步:被测物体加载变形前,通过激光器提供激光光源,单色CCD相机采集变形前的第一剪切散斑干涉图像;

第二步:对变形前的第一剪切散斑干涉图像进行傅里叶变换,获取变形前的第一剪切散斑干涉图像的空间频谱;

第三步:对获取的变形前的第一剪切散斑干涉图像的空间频谱通过设置滤波窗口提取含有相位信息的高频项;

第四步:对获取的变形前的第一剪切散斑干涉图像的高频项进行相位提取,得到变形前第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息;

第五步:加载装置对被测物体加载变形,按照第一步至第四步的步骤获取变形后第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息;

第六步:将被测物体变形前后的第一剪切散斑干涉图像的相位信息进行实时相减,得到第一剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差;

第七步:按照第一步至第六步的方式,分别获取第二剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差以及混合散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差;

第八步:对前述获取的第一剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差、第二剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差以及混合散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差分布图像分别进行滤波处理,对滤波处理后的相位差分布图像进行解包裹处理,获取光滑连续的相位分布;通过获取的光滑连续的相位差分布计算获得被测物体的变形和应变。

4.根据权利要求3所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:第一步中,第一物光波经过渥拉斯顿剪切装置错位后的两束剪切物光波,变形前的被测物体在单色CCD相机靶面相互干涉形成第一剪切散斑干涉图像,其光强表示为I1(x,y)=[u11(x,y)+u12(x+△x,y)]·[u11(x,y)+u12(x+△x,y)]*     (1)其中,u11(x,y)为第一物光波错位后的一束剪切物光波的复振幅,u12(x+△x,y)为第一物光波错位后的另一束剪切物光波的复振幅, 为u11(x,y)的复共轭,为u12(x+△x,y)的复共轭,Δx为被测物体经过渥拉斯顿剪切装置后沿x方向物面剪切量。

5.根据权利要求4所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:第二步中,对变形前的第一剪切散斑干涉图像进行傅里叶变换,获取变形前的第一剪切散斑干涉图像的空间频谱表示为其中, 代表

空间频谱中含有背景光的低频项频谱, 表示频域中卷积运算符,C*(fx-f0,fy)和C(fx+f0,fy)是互为共轭的高频项频谱,其含有x方向剪切的相位信息;fx为空间频谱的横坐标,fy为空间频谱的纵坐标,f0是由孔径光阑引入的载波频率;

第三步中,选择截止频率,设置滤波窗口提取含有相位信息的高频项,具体的,利用设置的以(f0,0)为中心,以截止频率fr(fr

6.根据权利要求5所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:第四步中,获取被测物体变形前的第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息,其表示为其中,Im为取虚部运算符,Re为取实部运算符,u11(x,y)为第一物光波错位后的一束剪切物光波的复振幅,u12(x+△x,y)为第一物光波错位后的另一束剪切物光波的复振幅,为u12(x+△x,y)的复共轭;

第五步中,按照第一步至第四步的步骤获取变形后第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息,具体为φ1a(x+△x,y);

第六步中,将被测物体变形前后的第一剪切散斑干涉图像的相位信息进行实时相减,得到第一剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差其中, 为第一剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差,φ1a(x+△x,y)为变形后第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息, 为变形前第一剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息。

7.根据权利要求6所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:第七步中,获取第二剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差以及混合散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差分别为其中, 为第二剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差, 为混合散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差, 为变形后第二剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息, 为变形前第二剪切散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息, 为变形后混合散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息, 为变形前混合散斑干涉图像含有变形、应变信息的相位信息。

8.根据权利要求7所述的基于达菲光路的散斑干涉多参数测量系统的测量方法,其特征在于:通过获取的光滑连续的相位差分布计算被测物体的变形和应变,表示为其中,w为被测物体的离面变形, 为被测物体的面内应变分量, 分别为被测物体的离面应变分量,△x为被测物体经过渥拉斯顿剪切装置后沿x方向物面剪切量,λ为系统所用激光光源波长,θ为系统观察方向与法线方向夹角, 为第一剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差, 为第二剪切散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差, 为混合散斑干涉图像中与变形、应变有关的相位差。