[发明专利]基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉测量系统及测量方法，其特征是：激光器的出射光经扩束后照射测量面；测量面漫反射的光经两块分光棱镜后分成三束光；三束光分别通过反射镜、光阑、成像透镜和分光棱镜后同时成像到CCD相机上；本发明载波频率和剪切量独立可调，能够实现对被测物的缺陷进行多方向同步检测，是一种无损、全场、高效的测量系统。

技术领域

本发明涉及一种基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉系统及测量方法，可从多个测量方向同时检测被测物的缺陷，尤其适用于航空航天中复合材料近表面缺陷的无损检测。

背景技术

目前，剪切散斑干涉技术由于其快速、全场、非接触、高精度、高灵敏度和实时检测等特点，已经成为较为常用的无损检测方法，它应用剪切成像来测量物体在应力作用下形变的一阶导数，通过试件表面的形变异常来揭示物体的内部缺陷。广泛应用于航空航天工程机械的无损检测中，例如飞行器部件,复合材料分离部位,蜂窝结构中的裂纹、分层、开裂和气孔等缺陷检测，以及汽车行业中空间构架结构和橡胶轮胎的检查当中。

但是剪切散斑干涉测量的形变一阶导数是沿剪切方向，仅能检测出对剪切方向敏感的缺陷，如果使用单方向剪切检测系统，至少需要在两个垂直方向上进行两次单独检测才能检测出含有多个缺陷方向的试样，否则将会遗漏掉只产生与剪切方向垂直的加载形变的缺陷，而且两次检测很难保证加载量的一致，如果采用多个单方向剪切散斑干涉系统同时测量被测物，这样会使增加测量过程的复杂程度，而且各个系统之间的测量信息难以精确匹配。这两种方式都会使使检测时间和成本显著提高，因此在无损检测领域，双方向或多方向剪切的同时检测变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉系统及测量方法，使用空间载波的方法并使载波频率和剪切量独立可调，以期实现对被测物的缺陷的多方向同步检测，使测量系统结构简单、测量方法便捷。

本发明的为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉测量系统的特点是：

以激光器为激光光源，所述激光器的出射光经扩束后照射在被测面，在所述被测面的表面形成漫反射光；

所述漫反射光经第一分光棱镜按5:5分束形成第一束光和第二束光，所述第二束光经第二分光棱镜按5:5分束形成第三束光和第四束光；

所述第一束光依次经第一反射镜、第一孔径光阑、第一成像透镜、第三分光棱镜和第四分光棱镜后成像在CCD相机的靶面上，形成第一幅图像；所述第三束光依次经第二反射镜、第二孔径光阑、第二成像透镜、第三分光棱镜和第四分光棱镜后成像在CCD相机的靶面上，形成第二幅图像；所述第四束光依次经第三反射镜、第三孔径光阑、第三成像透镜和第四分光棱镜后成像在CCD相机的靶面上，形成第三幅图像；所述第一幅图像、第二幅图像和第二幅图像在CCD相机的靶面上相互干涉，形成散斑干涉图；

通过调整所述第二反射镜使所述第二幅图像相对与所述第一幅图像产生X正方向的剪切；通过调整所述第三反射镜使所述第三幅图像相对于所述第一幅图像产生Y正方向的剪切；且所述第三幅图像产生相对于第二幅图像斜45度方向的剪切，所述剪切是指图像之间相互错位；利用所述第一幅图像、第二幅图像和第三幅图像在CCD相机的靶面上相互错位干涉，获得多方向剪切散斑干涉图。

本发明利用基于马赫曾德光路的多方向剪切散斑干涉测量系统实现被测物缺陷多方向检测的方法的特点是：

对所述被测面进行加载使所述被测面发生形变；通过采集分别获得所述CCD相机靶面上在被测面形变前后的多方向剪切散斑干涉图像；对所述多方向剪切散斑干涉图像进行傅里叶变换，获得所述多方向剪切散斑干涉图像的频谱；对所述频谱进行提取，分别获得含有X方向、Y方向和斜45度方向剪切的漫反射光复振幅的频谱部分；