基于时域散斑干涉的三维测量技术的研究

摘要

电子散斑干涉术测量技术(ESPI)是一种非接触、高灵敏度、高精度、可全场测量的现代光学测量技术。利用ESPI可以实现对待测物体的粗糙表面的位移、形变、粗糙度、振动的幅度和频率以及应力应变等信息进行测量。
　　但是，传统的电子散斑干涉术测量技术中位移场的测量都是基于位移前后的两种状态，均未涉及到时间参数。时域散斑干涉测量(TSPI)有效得解决了传统电子散斑干涉测量技术所未能解决的问题，如动态跟踪检测等。因为无需使用相移装置，使得测量系统获得简化，更容易消除实际测量过程中恶劣环境的影响。因此，将TSPI应用于物体表面的三维测量，能够使测量拥有非接触、高精度、实时动态、可全场等优点。在航天航空、机械制造、医学生物等领域都有着广泛地应用，成为了国际上的一个热门的研究方向。
　　鉴于此，本论文提出一种新的基于时域散斑干涉的三维测量技术，而且针对现有的三维散斑测量系统的不足，做了相应的调整和改进。因此，该系统既有TSPI的实时动态测量的优点，又改进了现有三维测量技术，利用一个3CCD相机，简化了实验装置，提高了测量精度。论文主要围绕测量理论分析、实验系统构成和算法处理设计三个方面展开。
　　本篇论文的主要工作有:
　　(1)将时域散斑干涉技术引入物体表面的三维测量中，并对其进行了理论推导与实验研究;
　　(2)设计和编写了一套基于时间序列的散斑干涉图像的强度分析和处理的算法。采用小波变换、相位解包裹等方法获取待测物体的位移信息。
　　(3)设计并搭建了一套波长分别为473nm、532nm和632.8nm的三波长混合的散斑干涉位移测量系统。本系统利用三个波长的激光分别测量离面和面内位移的三个方向，并利用一个3CCD彩色相机获取叠加的散斑条纹图进行处理，可同时获得待测物体的三个方向的位移信息。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 激光散斑的产生与发展

1．2 国内外现状

1．3 现存问题及改进方案

1．4 本论文的主要工作

第二章 电子散斑干涉测量技术

2．1 电子散斑干涉技术(ESPI)的基本原理

2．2 电子成像设备——CCD相机

2．2．1 单CCD相机

2．2．2 彩色3CCD相机

2．3 散斑干涉条纹获取的方法——相减法

2．4 小波变换

第三章 基于时域散斑干涉的三维测量技术

3．1 时域散斑干涉测量(TSPI)技术

3．1．1 TSPI离面位移测量的基本原理

3．1．2 TSPI面内位移测量的基本原理

3．2 基于时域散斑干涉的三维测量原理

3．2．1 测量光路基本原理

3．2．2 信号处理算法

第四章 实验

4．1 实验装置

4．1．1 激光光源

4．1．2 三轴平移台

4．1．3 彩色3CCD相机

4．2 彩色3CCD相机分光性能的验证实验

4．3 基于时域散斑干涉的三维测量实验

4．3．1 实验光路及实验过程

4．3．2 实验配置与实验结果

4．3．3 多个测量点的处理

4．3．4 实验分析与讨论

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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