[发明专利]一种数字剪切散斑的同轴笼式结构无损检测系统

权利要求书

1.一种数字剪切散斑的同轴笼式结构无损检测系统，由光源单元(1)、被测物(2)、光路单元(3)及CCD采集单元(4)四部分搭建，其特征是：被测物(2)垂直固定，在其前面斜上方约45度处放置光源单元(1)，所述光源单元(1)包括激光器(1a和扩束镜(1b，在激光器(1a正前方放置扩束镜(1b，激光器和被测物放置在普通载物台，扩束镜安装在普通实验支撑架，方便换取；在被测物(2)的正前面一定距离处放置光路单元(3)，所述光路单元(3)包括成像透镜总成(3a)、一号透镜总成(3b)、二号透镜总成(3c)、分光棱镜总成(3d)、一号平面镜总成(3e)、二号平面镜总成(3h)、一号狭缝光阑(3f)及二号狭缝光阑(3g)；搭建光路单元(3)时，将根据实际检测需求，调整同轴支杆(3i)的长度，可以改变距离，首先，以分光棱镜总成(3d)为中心，先将底座(3d-14)放置在平面上，支杆(3d-13)两段分别与底座中心处螺纹孔和分光棱镜(3d-1)底部中心处螺纹孔连接，分光棱镜同轴镜架(3d-1)中央放置分光棱镜(3d-2)，分光棱镜镜架四面有通光孔(3d-11)、四面均有4个与同轴支杆连接的固定孔(3d-12)，然后，在分光棱镜总成(3d)的左面依次放置一号透镜总成(3b)、成像透镜总成(3a)，成像透镜总成(3a)到一号透镜总成(3b)的距离为两透镜焦距之和,所述一号透镜总成(3b)置于所述成像透镜总成(3a)与分光棱镜同轴镜架(3d-1)之间；所述成像透镜总成(3a)及所述一号透镜总成(3b)通过四根相同的同轴支杆(3i)分别与分光棱镜镜架同轴支杆固定孔(3d-12)固接，在分光棱镜总成(3d)的右面依次放置一号狭缝光阑(3f)、一号平面镜总成(3e)，所述一号狭缝光阑(3f)置于所述一号平面镜总成(3e)与分光棱镜同轴镜架(3d-1)之间并靠近一号平面镜总成(3e)，所述一号平面镜总成(3e)及所述一号狭缝光阑(3f)通过所述四根相同的同轴支杆(3i)分别与分光棱镜镜架同轴支杆固定孔(3d-12)固接；水平方向上，一号透镜总成(3b)到一号平面镜总成(3e)的距离为一号透镜(3b-2)的焦距，分光棱镜总成(3d)的后面依次放置二号狭缝光阑(3g)、二号平面镜总成(3h)，所述二号狭缝光阑(3g)置于所述二号平面镜总成(3h)与分光棱镜同轴镜架(3d-1)之间并靠近二号平面镜总成(3h)；所述二号平面镜总成(3h)及所述二号狭缝光阑(3g)通过所述四根同轴支杆(3i)分别与分光棱镜镜架同轴支杆固定孔(3d-12)固接；分光棱镜总成(3d)的前面放置二号透镜总成(3c)，所述二号透镜总成(3c)通过所述四根同轴支杆(3i)分别与分光棱镜镜架同轴支杆固定孔(3d-12)固接；二号透镜总成(3c)到二号平面镜总成(3h)的距离为二号透镜(3c-2)的焦距；在二号透镜总成(3c)前面放置CCD采集单元(4)，所述CCD采集单元(4)中CCD靶面位于正对所述二号透镜(3c-2)的位置，二号透镜总成(3c)到CCD靶面的距离为二号透镜的焦距；

所述成像透镜总成(3a)包括成像透镜同轴镜架(3a-1)、位于所述成像透镜同轴镜架(3a-1)上的成像透镜(3a-2)和位于成像透镜同轴镜架(3a-1)四角上的成像透镜镜架同轴支杆过孔(3a-3)，其中，成像透镜(3a-2)焦距为定值；

所述一号透镜总成(3b)包括一号透镜同轴镜架(3b-1)、位于一号透镜同轴镜架(3b-1)上的一号透镜(3b-2)及位于一号透镜同轴镜架(3b-1)四角的一号透镜镜架同轴支杆过孔(3b-3)，其中，一号透镜(3b-2)的焦距为定值；

所述二号透镜总成(3c)包括二号透镜同轴镜架(3c-1)、位于所述二号透镜同轴镜架(3c-1)上的二号透镜(3c-2)及位于所述二号透镜同轴镜架(3c-1)四角的二号透镜镜架同轴支杆过孔(3c-3)，其中，二号透镜(3c-2)和一号透镜(3b-2)的焦距相同；

所述分光棱镜总成(3d)包括呈立方体的分光棱镜同轴镜架(3d-1)、位于所述分光棱镜同轴镜架(3d-1)中部的分光棱镜(3d-2)、位于所述分光棱镜同轴镜架(3d-1)四面的通光孔(3d-11)、位于所述分光棱镜同轴镜架(3d-1)四面上四个角上的同轴支杆固定孔(3d-12)、用于支撑所述分光棱镜同轴镜架(3d-1)的支杆(3d-13)及底座(3d-14)；

所述一号狭缝光阑(3f)包括一号狭缝光阑本体(3f-1)、位于所述一号狭缝光阑本体(3f-1)中部的一号可调狭缝(3f-2)、位于所述一号狭缝光阑本体(3f-1)四角上的一号狭缝光阑同轴支杆过孔(3f-3)及位于所述一号狭缝光阑本体(3f-1)顶部的一号狭缝光阑旋钮(3f-4)，所述一号可调狭缝(3f-2的宽度为40mm不可调，高度为0～10mm可调,调节所述一号狭缝调节旋钮(3f-4)可以控制狭缝的高度；

所述二号狭缝光阑(3g)包括二号狭缝光阑本体(3g-1)、位于二号可调狭缝(3g-2)、二号狭缝光阑同轴支杆过孔(3g-3)及位于二号狭缝光阑本体(3g-1)顶部的二号狭缝光阑旋钮(3g-4)，所述二号可调狭缝(3g-2)的宽度为40mm不可调，高度为0～10mm可调,调节所述二号狭缝调节旋钮(3g-4)可以控制狭缝的高度；

所述一号平面镜总成(3e)包括一号平面镜镜架(3e-1)、安装在所述一号平面镜镜架(3e-1)上的一号平面镜(3e-2)、位于所述一号平面镜镜架(3e-1)四角的一号平面镜同轴支杆过孔(3e-3)及位于所述一号平面镜镜架(3e-1)上的一号平面镜镜架旋钮(3e-4)；

所述二号平面镜总成(3h)包括二号平面镜镜架(3h-1)、安装在所述二号平面镜镜架(3h-1)上的二号平面镜(3h-2)、位于所述二号平面镜镜架(3h-1)四角的二号平面镜同轴支杆过孔(3h-3)及位于所述二号平面镜镜架(3h-1)上的二号平面镜镜架旋钮(3h-4)。

2.一种数字剪切散斑的同轴笼式结构无损检测方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤一：激光器(1a)发出的功率为100mw的相干光通过扩束镜(1b)扩束后形成直径大于150mm的光斑将被测物(2)材料完全照射覆盖，使发生微形变的被测物金属材料或复合材料发生漫反射；

步骤二：漫反射光通过依次经过成像透镜(3a-2)、一号透镜(3b-2)后到达分光棱镜(3d-2)，此时，漫反射光会聚为平行光通过分光棱镜(3d-2)后被分成两束，其中一束光经一号狭缝光阑(3f-2)垂直照射到一号平面镜(3e-2)，平面镜反射后通过狭缝光阑(3f-2)、分光棱镜(3d-2)、二号透镜(3c-2)后到达CCD靶面上成像；另一束光经二号狭缝光阑(3g-2)垂直照射到二号平面镜(3h-2)后被反射至分光棱镜(3d-2)和二号透镜(3c-2)到到达CCD靶面，两束光在传递过程中发生干涉；

步骤三，旋转二号平面镜(3h-4)旋钮后，二号平面镜(3h-2)产生一个微小角度后，被二号平面镜(3h-2)反射回分光棱镜(3d-2)的光束将会产生一个相对于入射光的小角度，这个角度的光束照射在CCD靶面上将会与一号平面镜(3e-2)反射回的光束错开，由于二号平面镜(3h-2)倾斜微小角度后产生X方向上的错位量和载波频率，最终，经两平面镜反射后的光到达分光棱镜后相互错开的两束光发生干涉后，在CCD相机靶面成像后形成错位的干涉图；

步骤四：通过热加载的方式让被测物发生微小形变，在发生形变的过程中记录干涉图，由于光阑限制空间频谱宽度，调节一号狭缝调节旋钮(3f-4)控制一号可调狭缝(3f-2)的高度，调节二号狭缝调节旋钮(3g-4)控制二号可调狭缝(3g-2)的高度，使得狭缝光阑减小，对被测物体变形前后的散斑干涉图进行傅里叶变换，会将散斑图从空域变到频域，频谱分离更大，以频谱的中心坐标为中心，中心处含有背景光信息的低频项没有产生移动，两侧包含相位信息的频谱带将会由中间区域向两边移动，直到频谱位置有了明显的分离现象为止；

步骤四：选择合适的窗函数取出傅里叶变换后空域中包含相位信息的高频频谱部分，由于分开的频谱是对称的，则选择其中一部分即可；

步骤五：再对选择出来的的包含相位信息的高频频谱进行傅里叶反变换，可以得到相位图；

步骤六：得到的相位图是还有被测物变形前后的相位分布，通过实时相减处理便得到散斑蝶形条纹图，有物体变形引起的相对相位差与物体离面位移导数的关系表征形变量。