基于多光源的空间载波三维变形同步测量技术研究

摘要

数字散斑干涉技术能够对粗糙表面的形变进行全场、非接触以及高精度的测量，这使得该技术在航空航天，生物医学等领域得到广泛的应用。为获取更为精确的测量信息，各个领域对物体的多维度动态形变测量提出了要求，但是目前传统的数字散斑干涉技术不足以实现动态测量，同时也无法真正的实现三维变形的同步测量。　　本文针对这种现状，设计并组建了一套基于多光源的空间载波数字散斑干涉三维变形动态测量系统，对系统的关键技术要点进行了分析和研究，并组建测量系统进行了实验。本文主要的研究工作如下:　　1、对散斑干涉测量原理和相位测量技术进行了分析对比和实验研究;论述了散斑干涉三维变形测量方法，为多光源同步动态三维测量系统的设计提供了理论依据。　　2、对影响空间载波法频谱分布的各个关键参数进行了研究分析，并就光阑孔径值和参考光角度对频谱分布的影响进行了公式的推导，确定了其取值范围，并对各个参数的取值进行了验证。　　3、基于以上分析，设计并组建了一套基于多光源激光散斑干涉同步动态三维测量系统，详细介绍了光路系统以及测量原理，并对其中的关键技术进行了研究和分析。　　4、利用组建的多光源散斑干涉测量进行了实验研究和对比验证，验证了本系统的准确性和稳定性;进行了静态变形、热加载变形及连续加载变形实验，验证了系统同步动态测量性能。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 数字散斑干涉技术概述

1．2 国内外研究及应用现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本论文研究的意义和主要工作

1．3．1 研究意义

1．3．2 主要内容

第二章 数字散斑干涉测量技术研究

2．1 数字散斑干涉测量原理

2．2 相位测量方法研究

2．2．1 时间相移技术

2．2．2 空间相移技术

2．2．3 空间载波相移技术

2．3 数字散斑干涉三维变形测量原理

2．3．1 面内变形测量方法

2．3．2 离面变形测量方法

2．3．3 三维变形同步测量方法

2．4 本章小结

第三章 空间载波法频谱分布影响参数研究

3．1 干涉散斑图的频谱分布

3．2 影响频谱分布的主要参数分析

3．2．1 光阑孔径的直径

3．2．2 参考光入射角

3．3 实验验证及分析

3．3．1 光阑孔径改变对频谱的影响实验

3．3．2 参考光入射角度改变对频谱的影响实验

3．4 本章小结

第四章 多光源空间载波散斑干涉三维动态测量系统设计

4．1 基于多光源空间载波DSPI三维变形动态测量系统

4．1．1 光路结构及原理

4．1．2 相位的提取

4．2 系统的关键设计

4．2．1 空间载波的引进设计

4．2．2 基于孔径光阑的空间分频处理

4．2．3 三维变形的重构计算

4．3 本章小结

第五章 多光源测量系统实验与分析

5．1 实验系统的搭建及测量流程

5．1．1 物体三位变形的静态测量实验

5．1．2 气压加载的三维形变测量实验

5．1．3 对被测物进行热加载的动态测量实验

5．2 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 论文工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况