[發明專利]一種基于合成波長雙光源剪切散斑干涉的三維變形測量方法

有效

• 申請號: 201711367603.5
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108007375B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 魏連鎖;郭媛;胡現成
• 申請（專利權）人: 齊齊哈爾大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種基于合成波長雙光源剪切散斑干涉的三維變形測量方法，其特征在于：所述方法步驟如下：

步驟一：兩束不同波長的紅色激光和綠色激光通過光分束器，并經反光鏡和光束擴展器照射放置在真空箱內的被測物體上，在被測物體表面發生反射，反射光經凸透鏡L1并在剪切干涉裝置中通過剪切鏡進行光的干涉，在CCD相機中采集干涉圖像；

步驟二：通過PZT controller控制PZT相移量，紅色激光經彩色相機R通道，綠色激光經彩色相機G通道，分別被CCD相機同時記錄，R通道和G通道位于剪切干涉裝置內部；

步驟三：通過壓力閥調節真空箱中的壓強，壓強值通過壓力表顯示；由于步驟一采集的干涉圖像中包含著紅色光譜信息和綠色光譜信息，在工作紅光波長λ_r的情況下對被測物體表面進行移相干涉測量，相應得到N個釆樣點，進而得到N個相位數據φ_1r，φ_2r，…，φ_Nr；然后，更換工作綠光波長為λ_g，同樣能夠得到N個相位數φ_1g，φ_2g，…，φ_Ng；

步驟四：對干涉圖像進行傅里葉變換，分離紅色光譜信息和綠色光譜信息，由相移法提取包裹相為：紅色波長相位變化量減去綠色波長相位變化量即得合成波長相位變化量，相位條紋數等于推得合成波長相位條紋數與單波長條紋數關系N_r為紅色波長相位條紋數，N_s為合成波長相位條紋數，λ_r為紅色波長，λ_s為合成波長；

如果剪切量是沿x軸向，則相位變化可表示為

式中，u，v，w分別是物體沿x，y，z軸向的位移分量，α、β分別為x-z面和y-z面的光照角，λ為波長；

當激光器和CCD相機置于x-z面，且剪切沿x軸向，則合成光束1采集的相位變化為

合成光束2采集的相位變化為

由此，能夠計算面內位移相位變化和離面位移相位變化；

(1)面內位移相位變化計算

沿x、y軸向的面內位移相位變化為

由上兩式，得物體面內位移相位變化的一階導數

(2)離面位移相位變化計算

剪切沿x、y軸向的離面位移相位變化分別為：

由上兩式，得離面位移相位變化的一階導數

當光照角α很小且接近于0時，則離面位移導數為

步驟五：面內位移導數陣和離面位移導數陣可分別表述為

式中，u、v、w分別是x、y、z軸向的位移分量，則空間三維變形陣可寫為

根據該測量系統的光學幾何特性有：當合成光束1所采集的相位減去合成光束2所采集的相位，即為面內位移相位，通過面內位移相位變化可得物體面內位移的一階導數；當合成光束1照射時采集的相位加上合成光束2照射時所采集的相位，即為離面位移相位，通過離面位移相位變化，得物體離面位移的一階導數，從而得物體的三維變形陣，因此可實現物體三維變形的三維測量。