基于激光散斑干涉的三维变形测量系统研究

摘要

激光散斑干涉技术是以激光散斑作为被测物场变化信息的载体，利用被测物体在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测双光束前后之间的相位变化，可以进行位移、变形和应变的全场测量。散斑干涉技术作为现代光学检测技术的发展延伸[1]，不但具有光测法的诸多优点，更由于其适用性广，结构简单，测量精度高，结果直观明了等诸多显著优势，在各领域中的推广使用正在逐步增长。本文针对散斑干涉测量技术中的若干关键问题进行了研究分析。本文主要的研究内容如下:
　　1、详细阐述了激光散斑干涉技术的理论原理及应用方向，对国内外该技术的演变历史以及发展现状进行了分析和研究。
　　2、针对散斑干涉中应用的空间载波相移技术的相关参数进行研究，探究系统参数的选择对频谱分布的影响。从孔径光阑尺寸，参考光入射角度以及CCD相机的采样频率方面出发，分别进行了理论推导和公式计算，并通过实验，验证了结果的正确性。
　　3、研究分析了现有的光滑表面力学性能的测试方法，提出了一种改进的数字散斑干涉光滑表面测量方法，对其原理推导和光路优化设计展开了深入分析，并对其中的关键技术进行了分析研究。
　　4、完成了基于激光散斑干涉的测量系统的光路设计，进行了系统元件选型，及机械结构设计和加工，组建了一套散斑干涉变形检测仪器，并进行了面内和面外变形测量实验研究。

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摘要

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第一章 绪论

1．1 三维变形测量技术概述

1．2 散斑干涉技术发展历史及研究现状

1．3 本文研究的主要内容及意义

1．3．1 课题研究意义及主要内容

1．3．2 课题来源及论文结构

第二章 激光散斑千涉测量技术及图像处理技术研究

2．1 激光散斑干涉三维变形测量原理

2．1．1 参考光束型散斑干涉测量光路

2．1．2 双光束型散斑干涉测量光路

2．2 条纹图相位提取技术研究

2．2．1 相移法

2．2．2 载波法

2．3 相位滤波技术

2．4 相位解包裹算法

2．5 本章小结

第三章 空间载波相移技术中相关参数研究

3．1 激光散斑干涉测量的频谱分布

3．2 影响频谱分布的相关参数研究

3．2．1 孔径光阑的尺寸影响

3．2．2 参考光的入射角度影响

3．3 实验分析与验证

3．4 本章小结

第四章 基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

4．1 光滑表面测量技术研究现状

4．2 解决方案设计

4．3 实验与分析

4．4 本章小结

第五章 激光散斑干涉的三维变形测量系统研究

5．1 测量系统光路设计

5．2 压电陶瓷相移系统设计

5．3 实验系统的组建以及验证实验

5．4 仪器化设计

5．5 三维变形测量系统实验与分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况