[发明专利]一种用于剪切散斑干涉的双旋转光楔空间相移方法

说明书

技术领域

本发明涉及离面形变测量技术领域，可用于物体表面的应力形变或热变形检测，离面形变测量通常采用数字剪切散斑干涉法，本发明解决的是数字剪切散斑干涉法中离面形变的动态测量问题。

背景技术

在离面形变测量技术领域，数字剪切散斑干涉法是最常用的测量方法之一，为了计算被测物的相位信息，通常需要采用相移法。其中相移法又分为时间相移法和空间相移法两种，时间相移法在时间序列上采集图像，一般采用压电陶瓷作为相移驱动元件，在各幅干涉图之间形成已知相位差，通过采集3幅或3幅以上图像联立求解方程组得到待测相位信息，这就要求被测物在相移图像采集的过程中保持稳定，因此不适用于应变时间较短的物体的测量或动态测量；而空间相移法利用多通道采集、空间掩模或空间载频相移的方式来缩短采集时间，其中多通道法利用多个CCD相机进行同时采集，缺点是成本高、光路复杂；空间掩模法利用衍射元件和波片将光场分成多个，并分别由CCD的不同像敏区域记录，它对光路安装精度要求较高；空间载频相移法通过在一个散斑内引入载频条纹，令CCD相邻像素之间形成固定的相位差，这种方法只需采集一幅干涉图，就能够计算出待测相位信息，适用于解决快速应力形变或动态形变的测量问题。

发明内容

本发明的目的是研究空间相移数字剪切散斑干涉法中引入线性载频与剪切量调节的方法，用于解决数字剪切散斑干涉法中快速应力形变或动态形变的测量问题，提供一种能够实现空间载频相移并且剪切量可调的方案，即一种用于剪切散斑干涉的双旋转光楔空间相移方法。

本发明基于杨氏干涉理论，利用双孔引入载频来实现空间相移，并通过双旋转光楔的方式来调节剪切量的大小。在数字剪切散斑干涉法用于测量动态离面形变的实际应用中具有重要意义。该方法利用双孔引入线性载频，使采集到的干涉图满足相位提取算法所需的空间相移条件，即通过双孔对散斑场进行调制，令采集图像的相邻像素之间形成固定的相位差。剪切是通过在其中一孔的位置设置圆形双光楔的方式来实现，通过旋转两光楔来改变入射光线的偏向角，可实现剪切量大小的调节。

本发明提供的用于剪切散斑干涉的双旋转光楔空间相移方法包括：

第1、空间相移条件的引入：利用双孔作为相移元件来引入载频以满足相位提取算法所需的空间相移条件，载频方向为双孔的连线方向，系统的光轴垂直通过双孔连线的中点位置，双孔为两个大小相同的圆孔，其中双孔的孔距、成像透镜与像面之间的距离、照明激光器的中心波长以及CCD的像敏单元尺寸是确定空间相移量的主要参数。

其中，所述的双孔的孔距d、成像透镜与像面之间的距离D′以及空间相移量δ三者之间的关系确定依据如下：

双孔引入空间相移的相移量可表示为

δ=2πλdD′x′---(1)]]>

其中λ为照明激光器的中心波长，x′为像平面上X′方向上的坐标值；

确定被测物与成像透镜以及双孔屏之间距离的公式为