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散斑相关和散斑干涉相结合的三维变形测量方法

孙明勇  
【摘要】:数字散斑相关方法(DSCM)和电子散斑干涉(ESPI)已发展成为全场、非接触、高精度、高灵敏度、快速实时的测量技术。数字散斑相关方法是通过记录物体变形前后的图像并运用一定的图像相关搜索算法得出物体的位移和变形的测量方法。电子散斑干涉测量技术是利用相干光照射在粗糙物体表面,在空间所形成的散斑,或物体表面自然存在的或人造的散斑,实现物体表面位移和变形的测量。三维电子散斑干涉光路往往比较复杂,增加了测量系统不稳定性。将散斑相关与散斑干涉结合起来测量三维位移,可以简化ESPI光路。本文利用典型的对离面位移敏感的单束照明数字散斑光路,通过控制光路中的参考光,分别利用散斑相关和散斑干涉测量面内位移和离面位移,实现了三维位移测量。该方法具有光路简单、操作和数据处理简单的优点。 本文就散斑相关和散斑干涉相结合的三维变形测量方法进行了研究和讨论,主要内容概括如下: 1.回顾了散斑相关和散斑干涉测量各自的历史发展,讨论了利用散斑相关和散斑干涉相结合进行三维变形测量的意义。 2.介绍了散斑相关测量的原理、相关系数的选取,详细介绍了几种常用的亚像素算法并进行了模拟实验。 3.介绍了散斑的形成,利用散斑干涉测量离面位移和面内位移的原理和方法。介绍了几种提取相位的方法,包括傅里叶变换法、相移的方法、利用希尔伯特变换从单幅条纹图提取相位的方法。 4.介绍了散斑相关和散斑干涉相结合测量三维变形的方法:利用散斑相关测量面内位移,散斑干涉测量离面位移。并进行了三点弯曲梁实验,结果表明,该方法可以测量变形场的三个位移分量,具有光路简单、易操作的优点。


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