[发明专利]数字剪切散斑干涉的实时测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光散斑干涉测量领域，尤其涉及一种数字剪切散斑干涉的 实时测量方法和系统。

背景技术

当激光照射在具有漫反射性质的物体表面时，从物体表面反射的光在空 间相干叠加，就会在整个空间发生干涉，形成随机分布的亮斑和暗斑，称为 激光散斑。20世纪70年代初，激光散斑干涉测量方法得到了发展，它除了具 有全息干涉测量方法的非接触、可以直观给出全场情况等一系列优点外，还 具有光路简单，对试件表面要求不高，对实验条件要求较低，计算方便等特 点。

电子散斑干涉(ESPI)是在本世纪初就已经被广泛应用于漫射体表面位 移或变形监测。它具有精度高、全场，非接触等优点。ESPI技术自问世以来 就得到广泛的应用.它的应用领域有位移和变形测量，应变分析，动态测 试，无损探伤等。可以应用于检测工程机械领域的各种变形、振动、冲击、 表面粗糙度、刚度和硬度等特性；检测复合材料、集成电路、压力容器和焊 接物体的表面或内部缺陷，并且还可以用于土木结构和水利设施的变形测 量。总之，ESPI在机械、土木、水利、电器、航空航天、兵器工业以及生物 医学领域具有非常重要的地位和广阔的前景。

ESPI的局限性在于：由于参考光的引入，使得物光与参考光的光程差较 大，因此对光源的相干长度要求较高；在实际应用中，往往需要得到物体的 应变和挠度等物理量，而ESPI只能测量物体位移，需要对实验数据进行进一 步处理，这对精度有一定的影响；在若干应用中，对测量系统的抗震性能要 求较高，而ESPI对于噪声信号敏感性较高。针对ESPI存在的问题，出现了剪 切散斑干涉术。

剪切散斑干涉术最初由Hung和Leendertz提出，他们分别对基于渥拉斯顿 棱镜和迈克尔逊干涉仪的剪切散斑干涉系统进行了研究。研究中，他们得到 了剪切散斑干涉图，并阐述了相关原理和关键问题。此后，这一技术被引入 工程领域，并被命名为剪切散斑干涉术(Shearography)。

剪切散斑干涉术可以对位移的一阶微分(应变)进行直接测量，省略了 测量位移后的微分计算，简化了数据处理过程，对提高测量精度有很大帮 助。它的实现形式有很多，基于渥拉斯顿棱镜的测量系统中，视场角相对更 大，无需引入参考光，而且抗干扰能力较强，无需特殊隔震，并可在不避光 环境下进行测试，有较强的实用价值。

但是，现有技术中，并不能对物体进行实时测量。

发明内容

本发明的实施例提供了一种数字剪切散斑干涉的实时测量方法和系统，能 够对测量物体进行实时测量。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一方面，提供一种数字剪切散斑干涉的实时测量方法，包括：

使用激光器作为光源，将所述光源输出的偏振光经过空间滤波器和扩束器 进行滤波和扩束后，照射在测量目标的表面；

所述测量目标表面的反射光经过第一偏振片，形成线偏振光；

所述线偏振光经过沃拉斯顿棱镜剪切装置，所述沃拉斯顿棱镜剪切装置使 得每束所述线偏振光被剪切成偏振方向互相垂直的寻常光o光和非常光e光；

所述寻常光o光和所述非常光e光经过第二偏振片，所述第二偏振片使得所 述寻常光o光和所述非常光e光的偏振方向一致；

所述寻常光o光和所述非常光e光经过相互干涉形成散斑干涉图，所述散斑 干涉图经过成像镜头成像于电荷耦合元件CCD上；

所述电荷耦合元件CCD采集成像的所述散斑干涉图，得到时间序列上的至 少两幅采集后的散斑干涉图；

对所述至少两幅采集后的散斑干涉图进行图像相减，生成至少一个相减后 的散斑干涉图；

显示所述至少一个相减后的散斑干涉图。

所述对所述至少两幅采集后的散斑干涉图进行图像相减，生成至少一个相 减后的散斑干涉图的步骤包括：

将第2幅到第N幅采集后的散斑干涉图分别减去第一幅采集后的散斑干涉 图，得到至少一个相减后的散斑干涉图，N为采集后的散斑干涉图的总数量， N为大于1的自然数。

所述方法还包括：

对所述至少一个相减后的散斑干涉图的每一点的光强进行傅立叶变换，获 得频谱图；

根据所述频谱图，获得所述测量目标的在平行于所述光源方向上的基于时 间的相位变化量；