[发明专利]一种基于合成波长双光源剪切散斑干涉的三维变形测量方法

摘要

一种基于合成波长双光源剪切散斑干涉的三维变形测量方法，属于光学成像技术领域。所述方法如下：红色和绿色激光分别通过光分束器，经反光镜和光束扩展器照射在被测物体上，在其表面发生反射，反射光经凸透镜通过剪切镜进行光的干涉，在CCD相机中采集干涉图像；通过压电陶瓷控制器控制PZT相移量，红色激光经彩色相机R通道，绿色激光经彩色相机G通道，分别被CCD相机同时记录；通过压力阀调节真空箱中的压强，压强值通过压力表显示；对干涉图像进行傅里叶变换，推算合成波长相位条纹数与单波长条纹数关系；计算面内位移导数阵和离面位移导数阵，根据该测量系统的光学几何特性，进而得到物体三维变形阵，实现物体三维变形测量。

主权项

1.一种基于合成波长双光源剪切散斑干涉的三维变形测量方法，其特征在于：所述方法步骤如下：步骤一：两束不同波长的红色激光和绿色激光通过光分束器，并经反光镜和光束扩展器照射放置在真空箱内的被测物体上，在被测物体表面发生反射，反射光经凸透镜L1并在剪切干涉装置中通过剪切镜进行光的干涉，在CCD相机中采集干涉图像；步骤二：通过PZT controller控制PZT相移量，红色激光经彩色相机R通道，绿色激光经彩色相机G通道，分别被CCD相机同时记录，R通道和G通道位于剪切干涉装置内部；步骤三：通过压力阀调节真空箱中的压强，压强值通过压力表显示；由于步骤一采集的干涉图像中包含着红色光谱信息和绿色光谱信息，在工作红光波长λ_r的情况下对被测物体表面进行移相干涉测量，相应得到N个釆样点，进而得到N个相位数据φ_1r，φ_2r，…，φ_Nr；然后，更换工作绿光波长为λ_g，同样能够得到N个相位数φ_1g，φ_2g，…，φ_Ng；步骤四：对干涉图像进行傅里叶变换，分离红色光谱信息和绿色光谱信息，由相移法提取包裹相为：红色波长相位变化量减去绿色波长相位变化量即得合成波长相位变化量，相位条纹数等于推得合成波长相位条纹数与单波长条纹数关系N_r为红色波长相位条纹数，N_s为合成波长相位条纹数，λ_r为红色波长，λ_s为合成波长；如果剪切量是沿x轴向，则相位变化可表示为式中，u，v，w分别是物体沿x，y，z轴向的位移分量，α、β分别为x‑z面和y‑z面的光照角，λ为波长；当激光器和CCD相机置于x‑z面，且剪切沿x轴向，则合成光束1采集的相位变化为合成光束2采集的相位变化为由此，能够计算面内位移相位变化和离面位移相位变化；(1)面内位移相位变化计算沿x、y轴向的面内位移相位变化为由上两式，得物体面内位移相位变化的一阶导数(2)离面位移相位变化计算剪切沿x、y轴向的离面位移相位变化分别为：由上两式，得离面位移相位变化的一阶导数当光照角α很小且接近于0时，则离面位移导数为步骤五：面内位移导数阵和离面位移导数阵可分别表述为式中，u、v、w分别是x、y、z轴向的位移分量，则空间三维变形阵可写为根据该测量系统的光学几何特性有：当合成光束1所采集的相位减去合成光束2所采集的相位，即为面内位移相位，通过面内位移相位变化可得物体面内位移的一阶导数；当合成光束1照射时采集的相位加上合成光束2照射时所采集的相位，即为离面位移相位，通过离面位移相位变化，得物体离面位移的一阶导数，从而得物体的三维变形阵，因此可实现物体三维变形的三维测量。