基于散斑干涉术的物体变形测试

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1、第一章绪论帚一早殖比1．1散斑干涉术的国内外发展现状散斑这一特殊的光学现象很早就被人们发现了，但一直被当作是全息实验中的噪声，实验人员的主要精力是消除散斑对全息实验造成的影响，因此一直没有得到快速发展。散斑技术可以应用到计量技术这一发现是在二十世纪六十年代才提出的，实验人员偶然发现散斑虽然是一种噪声，但其强度是可测的，随着这一重大发现，散斑技术才逐渐进入人们的视野。直到1968年，散斑技术第一次成功运用到光学计量领域，从此开创了散斑技术的先河。1969年，基于散斑技术的干涉理论首次在国际重大会议上被提出，从此散斑

2、技术又向前迈进了一大步。到了七十年代，实验人员发现传统的全息干板处理方法太过复杂，需要在光学实验的基础上进行大量的化学处理，实验难度过大，因此实验人员考虑弃用全息干板，寻找一种可以代替它的光电器件。随后在1971年，他们发现TV摄像机可以取代全息干板的位置，而TV摄像机的出现明显提高了实验速度、简化了实验难度，为促进散斑计量术的发展起到非常重要的作用。经过一定的改进和设计，将Tv摄像机作为记录媒介，用于记录物体变形前后的散斑图样，再进行一定的数字化处理，即可观察到散斑干涉条纹uJ。随着其它领域技术的发展，数字图像

3、的存储速度越来越快，这就使得散斑技术的实时性更好、测量精度更高，但同时也存在着一些需要进一步改进的问题，例如提高系统的测试范围，对实验获取的条纹图进行自动处理等【2】。实验方面也需要进一步的完善实验方法，以提高测量精度，这样才能使散斑技术更广泛地应用于实际的工程测量技术领域。通过相关资料的研究，总结出散斑技术主要经历了两次重大飞跃：第一次飞跃是在是六十年代到七十年代，这一阶段里光学计量的发展比较迅速，因此光学占据了散斑技术的主导位置，辅以统计光学和波动光学的部分理论，形成了基于激光技术的散斑计量方法；第二次飞跃是

4、从七十年代到八十年代，在这段时间里，微电子技术得到突飞猛进的发展，因此在散斑技术中引入了微电子技术，使其与光学技术配合使用。由于散斑干涉实验需要较大的实验操作平台及相关的光电元件，不利于其应用到实际工程检测，因此国内外的科研机构开始致力于研发小型化的散斑干涉仪器【3J。国外方面的代表产品是1990年美国的光谱物理公司首次推出了电子散斑干涉仪。国内的散斑技术也有了明显的发展，相关系统逐步研制成功，以天津大学和西安交大为首，科研人员分别研制成功了电子错位散斑仪和丁用一30电子散斑计量系统。迄今为止，散斑技术的进展日新

5、月异，专家们开始将散斑技术更多地应用于物体三维形貌测量、变形应力测试等领域，出现了许多经过改良的干涉系统Ⅲ，其中比较典型的是利用大错位剪切镜和压电陶瓷相移器这两种元件结合传统系统产生的新的干涉测试系统。随着对散斑干涉技术的深入研究，这项技术一定会越来越完善。1．2散斑干涉术的研究目的、意义及其应用散斑干涉术是现代光学测试技术的一个新的分支，其特点是原理简单、测量精度高、可实时显示，能够广泛地应用于工业检测，精密仪器测试等领域。现将散斑干涉术的主要优势总结如下【5。8J：(1)记录方式有了一定的改进，采用了新的记录

6、元件CCD，通过图像采集卡的A／D转换后可在计算机上实时显示散斑图样，缩短了实验时间；(2)散斑实验对工作环境的防震要求比较低，可以广泛应用到工程检测的现场测试；(3)散斑干涉术采用相减模式处理散斑图样，在实验操作正确的情况下得到的条纹对比度较好，测量精度可达到旯／10(名为激光波长)；(4)散斑干涉条纹图的后期处理可利用计算机协助完成，在散斑条纹的自动化处理方面有了一定进步。基于散斑干涉术的物体变形测试是以金属物体表面的变形为载体，将物体变形前后的散斑图样进行相减处理，获取干涉条纹图。在散斑干涉术的发展过程中，

7、如何对被测物体的变形信息实现自动判读，是否能够确定物体变形的轮廓、变形的位置和其它相关特征，这些将是目前需要深入研究的技术难点，如果将这一判读过程完全实现自动化，会使散斑干涉术在实际工程测试领域得到更加广泛的应用【9J。如今散斑干涉测量技术已经广泛应用于精密仪器检测、工业设备检测、物体形貌测试等诸多领域，与其它光学检测技术相比，散斑干涉测量技术还有一个明显的优势，由于它是一种非接触式测量，因此不会受到被测物体温度过高的影响，经过一定的改进后可测试物体因高温而产生的变形，这是其它接触式测量无法比拟的【10J。从散斑

8、干涉测量技术目前的情况可以大胆推测其今后的主要发展趋势是：(1)干涉条纹的自动判读；(2)既可以满足静态测试，又可以满足动态测试；(3)适用于更多样、更复杂、条件更严苛的测试环境。1．3论文的主要研究内容本论文主要从以下几个方面对散斑干涉术进行研究：(1)对散斑干涉术的发展现状及其主要应用进行研究；(2)研究散斑干涉术的基本原理及散斑图的记录方法，将散斑干涉术与全息术、散