基于相移和颜色分光的电子散斑干涉瞬态三维变形测量方法

提出了一种基于相移和颜色分光的电子散斑干涉(ESPI)瞬态三维变形测量方法,该方法包括一个彩色CCD和红绿蓝三种不同波长的激光器,可同时采集来自三路的散斑干涉图像。物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的散斑干涉图像信息通过颜色分光实现分离,并利用相移算法对散斑干涉条纹图进行分析处理,分别解调出水平、竖直及离面方向的变形场相位,实现三维变形场的测量。模拟及实验分析表明,此方法能同时实现物体面内水平方向、竖直方向以及离面方向的变形测量,可用于物体表面的三维瞬态变形测量,也可单独完成面内或离面的二维变形测量。     

剪切散斑干涉术中剪切量的测量

由于采用剪切散斑干涉术测量离面应变和面内应变都与剪切量有关,所以剪切量的测量精度决定了应变场分布测量的准确性.本文论述了公式法、成像法、莫尔条纹法和相关法等4种剪切量测量法的测量原理,定性分析了它们的测量范围.搭建了一套剪切量测量系统,利用成像法、莫尔条纹法、相关法测量剪切散斑系统的剪切量,并以公式法计算的结果为准,比较其他3种方法的测量结果.结果表明:剪切量＞3 mm时,利用相关法测量具有较高的测量精度;剪切量＜3 mm时,奠尔条纹法测量效果会更好.因此,实际应用中,应该先根据实际测量条件估算剪切量的大致范围,然后依据估算范围选择合适的测量方法.     

数字散斑干涉法测量金属热变形

首先阐述了数字散斑干涉法测量面内及离面变形量的原理和装置结构,并将其应用于铝合金材料的热变形测量中;结合数字图像处理技术,获得代表变形量的数字散斑干涉条纹图。结果表明数字散斑干涉测量法具有实时性强、结构简单、全场,非接触测量等优点。     

数字散斑干涉图像拼接方法研究

散斑干涉测量系统的视场大小和量程受成像器件尺寸的限制。为了扩大视场和形变测量范围,对散斑干涉形变测量的图像拼接方法展开深入研究。搭建了双CCD散斑干涉测量光路,通过对两个CCD获取的散斑干涉图的拼接实现大视场形变测量。对互相关、差方和和互信息法以及归一化改进的配准算法进行了研究,并分析了重叠面积的影响。结果表明,互相关法无法配准,差方和法的配准精度相对其他方法稍低,其余算法则配准精度相同;数字散斑干涉图像拼接仅要求很小比例的重叠面积,当重叠系数大于1.5%时,都能获得比较一致的配准精度。     

基于光纤的三维电子散斑干涉测量系统设计

为了实现物体三维变形非接触测量,设计了基于电子散斑干涉技术的三维变形测量系统。该系统中采用了一分五型分束光纤,这根光纤在系统中起到分光和传光的作用,使系统所需器件相比一般的设计系统要少。为了获得变形的量化数值,系统将电子散斑技术与相移技术结合在一起,由压电陶瓷引入相移,并采用“4+1”相移算法计算变形量。该系统可以实现面内及离面变形的独立测量,进而实现物体三维变形的测量。以带缺陷的木板和钢板为测试对象,进行了物体面内、离面和三维变形的测量,结果表明设计系统可以实现各种变形的测量。     

散斑干涉法测量机械零件热变形

近年来散斑计量技术发展迅速,已在许多领域得到了广泛应用。本文简要介绍了运用电子散斑干涉法的测微原理,以及组建光学测试系统来实时全场测量机械零件热变性。     

Volume-grating digital speckle pattern interferometry for measurement of dynamic out-of-plane displacement fields

Volume-grating digital speckle pattern interferometry used for measuring dynamic out-of-plane displacement fields of a continuously deformed object is proposed in this paper. These continuous out-of-plane displacement fields can be successfully measured by using the method discussed in the paper. A comparison between theoretical and experimental results is presented in the text.     

高速三维数字图像法测量手机跌落全场应变

为了测量手机跌落时的变形与应变,基于数字图像相关法及双目立体视觉原理,提出一种用于手机跌落试验中变形与应变测量的方法,并研制了相应的高速三维全场应变光学测量系统。针对手机跌落碰撞过程中,角度变化导致散斑匹配失败率高,变形应变场缺损严重的问题,利用高速相机高速采集图像,并改进图像匹配方法,采用顺序逐帧基准匹配,保证了测量精度,提高了应变场完整度。研制了光学测量系统,设计了试验方案,进行了数字图像测量方法与动态应变仪测量结果的对比,对改进的散斑匹配方案进行了验证。试验结果表明,本文的方法使变形应变场的完整度提高了21%,其位移动态测量精度为0.42%,应变测量精度为0.5%。本文的方法和系统可以满足手机跌落碰撞全场变形与应变测量的要求,与传统测量方式相比有明显优势,是研究手机跌落碰撞变形规律的有效途径。     

一种机械零部件热变形的实时在线测量方法研究

为了测量机械零部件在加工使用过程的中热变形,采用数字散斑技术通过测量离面位移来实现对零部件热变形的实时、在线测量,并在理论分析的基础上,通过实验验证,证实了该方法的可行性。     

Review of Electronic Speckle Pattern Interferometry （ESPI） for Three Dimensional Displacement Measurement

Three dimensional（3D） displacements, which can be translated further into 3D strain, are key parameters tor design, manufacturing and quality control. Using different optical setups, phase-shift methods, and algorithms, several different 3D electronic speckle pattern interferometry（ESPl） systems for displacement and strain measurements have been achieved and commercialized. This paper provides a review of the recent developments in ESPI systems for 3D displacement and strain measurement. After an overview of the fundamentals of ESP! theory, temporal phase-shift, and spatial phase-shift techniques, 3D deformation measurements by the temporal phase-shift ESPI system, which is suited well for static measurement, and by the spatial phase-shift ESPI system, which is particularly useful for dynamic measurement, are discussed. For each method, the basic theory, a brief derivation and different optical layouts are presented. The state of art application, potential and limitation of the ESPI systems are shown and demonstrated.     

In-plane strains measurement by using the electronic speckle pattern interferometry

Two-dimensional in-plane displacements and strains are measured using an electronic speckle pattern interferometry (ESPI) system based on the dual beam speckle interferometric method. Different types of specimens are used: a flat plate, a cracked-plate, and plate with a central hole of 12 mm diameter. Two-dimensional fringes obtained from real-time images are analyzed by an image analyser. The values of in-plane strains obtained by the ESPI technique show high accuracy compared with those measured by strain gages.     

利用数字全息干涉术测量电路板的连续弯曲形变

采用离轴菲涅耳数字全息干涉术实现了对电路板表面的连续弯曲形变测量。在电路板两端依次施加0.01mm至15mm位移载荷过程中,记录了1 501幅全息图。通过相邻两幅全息图数值重建的复振幅相位分布相减得到干涉相位差,根据相位差与离面位移的关系计算得到照明测量区域的离面位移,通过累加获得了施加1～15mm位移载荷时电路板表面的弯曲形变测量结果。由5块相同规格电路板上照明测量区域中同一电容中心点的离面位移,计算得到测量结果的A类不确定度不超过0.008mm,加载夹具引起的测量结果的B类不确定度为0.003 5mm,测量结果的合成不确定度不超过0.008 7mm。实验表明这种利用离轴菲涅耳数字全息干涉术测量物体大位移连续弯曲形变的方法具有良好的重复性和稳定性。     

高强钢薄板高温焊接变形的视觉测量

为了实现高强钢薄板高温焊接条件下屈曲变形的准确测量,基于数字图像处理技术、立体视觉原理及数字图像相关法,提出一种高强钢薄板全场动态焊接变形的视觉测量技术,并以规则散斑图像的高精度匹配方法研究为基础,将其应用到焊接图像中。针对焊接高温导致的散斑纹理的变色或脱落,采用高温漆与高温胶混合涂布的方式,获得了低成本、高稳定性的散斑纹理。选择薄板背侧进行测量以及在相机镜头前加装滤光片组的方法,抑制焊接过程中的强光、火花及烟雾的干扰。采用高斯平滑的数字图像处理技术,寻找最佳滤波参数并应用到焊接图像中,在保证测量精度的前提下提高了图像匹配的成功率及精度。实验结果表明,该方法能够有效地降低焊接图像匹配的均值误差、均方根误差及Z向静态均值误差,均值误差最大降幅为78.6%,均方误差最大降幅为47.7%,Z向静态均值误差降幅为37.9%。本文的方法和系统可以满足焊接高温条件下薄板屈曲变形的全场应变测量要求,散斑纹理稳定,散斑图像匹配成功率高、稳定性好,是薄板全场动态焊接变形检测的有效途径。     

一种齿轮热变形实时在线测量方法的研究

为了测量齿轮在工作过程中的热变形，使用激光散斑干涉法通过测量面内位移来实现对齿轮热变形的实时在线测量，通过理论分析、图像处理及实验验证证明了其可行性。     

电子散斑干涉法测量金属表面受热变形及系统优化分析

为准确测量金属表面的受热形变,基于激光电子散斑干涉测量原理搭建了实验平台,实现了对金属受热形变的测量,经过数字图像处理,得到了金属表面形变的三维图形。为了优化测量效果,依托现有条件对所用激光光源进行了处理,并比对了不同粗糙度的物体测量效果。结果表明,使用经小孔滤波处理后的激光光源,可以得到效果更好的散斑图,而且粗糙的物体散斑对比度较高,可以有更高的测量准确度。所做工作可为测量金属表面形变提供实验方法,同时为提高散斑测量精度提供参考依据。     

Measurement optimum condition of speckle interferometry based on dual-camera technique

The speckle interferometer based on multi-camera technology using two cameras is applied to a dynamic deformation measurement of the package of an electronic device. To perform high precise measurement by this method, the optimum conditions for measurements are discussed concerning the size of speckle and the frequency of carrier signals. Under the optimum conditions, the deformation process of the package during the operation of an operational amplifier is measured. Then, the local maximum deformation can be estimated as 150 nm from experimental results. From the results, it can be also confirmed that electronic devices are deformed by the stress of a heat by an operation every second during the operating time.     

全光纤荧光海水中叶绿素a和DOM浓度测量系统的研究

介绍了能够实现对海水中的溶解有机物(DOM)和叶绿素a两种物质浓度同时在线测量的光纤荧光测量系统。系统将荧光法、光纤技术与小波分析的信号处理理论相结合，具有小型化、结构简单、探头无源、所得光谱变形小、多参数同时测量的特点。实验证明，该测量方法是完全可行的。     

条纹图的图像处理方法

条纹图中的条纹反映了被检测物体的信息,条纹分析技术在全息干涉技术,散斑干涉技术、莫尔技术中起着重要作用。本文研究和提出处理条纹图中条纹的一些方法,并给出了理论分析和模拟实验结果。     

Simulation and experimental methods for media transport system: Part I,Three-dimensional sheet modeling using relative coordinate

This research presents a three-dimensional modeling technique for a flexible sheet A relative cooidinate formulation is used to represent the kinematics of the sheet The three-dimensional flexible sheet is modeled by multi-rigid bodies interconnected by out-of-plane joints and plate force elements A parent node is designated as a master body and is connected to the ground by a floating joint to cover the rigid motion of the flexible sheet in space Since the in-plane deformation of a sheet such as a paper and a film is relatively small, compared to out-of-plane deformation, only the out-of-plane deformation is accounted for in this research The recursive formulation has been adopted to solve the equations of motion efficiently An example is presented to show the validity of the proposed method     

基于激光测振仪的兰姆波离面和面内位移检测

激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可以测量结构中弹性波原始的离面和面内位移,且测量不受带宽的限制,因而是进行超声导波传感器激励模态测定和频响特性测量的理想方法之一。采用此种方法对一种周向一致激励兰姆波的EMAT进行测试,结果表明,此传感器在150～210 kHz的范围内能激励产生出单一S0模态兰姆波,在50～150 kHz范围内,A0模态与S0模态共存。利用激光测振仪检测离面和面内位移的方法,是进行传感器评估和兰姆波接收的有效方法,在超声导波的非接触测量、高温波导体检测及弹性波传播3D可视化方面也有广阔的应用前景。