散斑干涉法在机械零件热变形测试中的应用研究

摘要

散斑干涉测量法是一种现代光学测量技术，与传统的电阻应变片测量、云纹测量等方法相比，它具有非接触式，抗杂光干扰，测量精度高，表面不需特殊处理等优点，被广泛的应用于光学粗糙表面的变形测量和无损检测，本文针对机械零件受热变形过程动态位移场的测量，研究了从散斑干涉光学系统搭建到干涉条纹图像处理及数据分析全过程。 本文基于双光束法位移测量系统的数学模型，搭建了散斑干涉测量热变形的实验系统，针对光学系统调试复杂的特性，本文对光学系统搭建方法进行了优化，能够有效提高系统装置搭建的质量，减少调试的时间。针对散斑干涉条纹图像所具有的大量噪声信息的特性，本文研究了各种去噪算法，得出低通指数滤波法能有效地去除电子散斑干涉条纹图像中的散斑颗粒噪声。在对去噪后的散斑干涉条纹图像进行域值分割处理过程中，本文分析了迭代法的原理和算法。二值分割后，采用二步细化算法实现干涉条纹的骨架线提取，并采用条纹跟踪算法对条纹进行修整。本文将试验数据和理论数据进行比对，试验值与理论值吻合良好。因此可以认为激光散斑法实验测量结果是可靠的。

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论文说明:图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1课题任务背景及意义

1.2散斑干涉测量技术的发展

1.3本论文的主要内容

1.3.1课题来源

1.3.2研究内容

第二章热变形测量方法综述

2.1热变形测量的发展概况

2.2各种常规热膨胀、变形测量方法的分析

2.3热变形实验研究存在的问题

2.4本章小结

第三章散斑干涉技术基础

3.1散斑的产生

3.1.1散斑现象

3.1.2散斑原理

3.2散斑干涉计量的基本特性

3.2.1散斑干涉计量中的理想化处理

3.2.2物体表面散射光场的基本统计特性

3.2.3原始散斑光场的统计特性

3.3激光散斑干涉法测量离面和面内热变形的统计学模型的建立

3.3.1面内位移场测量原理及统计模型的建立

3.3.2离面位移场测量原理及统计模型的建立

3.3.3激光散斑法测量物体面内和离面变形的测量范围和测量精度

3.4本章小结

第四章散斑法测量零件热变形实验系统搭建

4.1测试系统组成

4.1.1激光散斑法测量热变形的光路系统

4.1.2激光器的选取

4.1.3 CCD摄像机的选取

4.1.4图像采集卡选取

4.1.5热像仪的选取

4.2激光散斑干涉术测量三维热变形

4.2.1搭建及调试实验系统

4.2.2离面位移的测量

4.2.3面内位移的测量

4.3激光散斑测量实验可行性的验证

4.3.1电感测微仪检测过程

4.4激光散斑干涉术测量铝盘离面及面内热变形的实验

4.4.1测量实验概述

4.4.2对试件夹持方法的讨论

4.4.3加热装置温度场和测温的研究

4.4.4实验过程

4.5本章小结

第五章实验图像处理及数据分析

5.1图像自动处理总框图

5.2图像的颗粒噪声去除

5.2.1散斑干涉图像的相减处理

5.2.2散斑干涉图像的特征

5.3散斑干涉图像的对比对增强

5.3.1灰度变换提高条纹对比度

5.3.2直方图均衡化处理

5.4散斑干涉图像的滤波处理

5.5散斑干涉图像的二值化处理

5.5.1双峰法阈值分割

5.5.2迭代法阈值分割

5.5二值增强处理

5.5.1膨胀处理

5.5.2腐蚀

5.5.3开启和闭合

5.6条纹图像的骨架线提取处理

5.6.1散斑条纹图像骨架线的提取

5.6.2干涉条纹图的修整及拟和处理

4.7数据处理与结果分析

5.8实验结果与理论值的对比分析

第六章结论及展望

参考文献

图像处理程序附表