[发明专利]一种基于散斑剪切干涉的计量曲面物体离面位移方法

说明书

本发明涉及一种基于散斑剪切干涉的计量曲面物体离面位移方法，步骤包括：1、获被测物调制后的正弦条纹图并进行灰度处理；2、得到绝对相位信息,获取物体相对相机的三维坐标,获取物体相对相机的三维坐标；3、计算出被测物表面法向量相对CCD相机光轴的夹角；4、采集被测物表面变形前后的散斑包裹相位图并进行灰度处理和滤波处理；5、计算所测得的表面离面位移信息；6、建立激光散斑所测的离面位移测量值与被测物体表面实际变形的离面位移之间的几何关系；7、求得实际的离面位移；本发明采用剪切散斑干涉与数字条纹投影相结合，以检测出曲面（斜面）物体内部缺陷的同时，并能获取其离面位移信息用于分析其缺陷属性，有利于曲面物体内部缺陷属性的评估。

技术领域

本发明设计光学测量检测领域，具体涉及一种基于散斑剪切干涉的计量曲面物体离面位移方法。

背景技术

激光散斑剪切干涉技术作为光测力学技术，具有高精度、非接触、全场、实时测量等特点，其优异的抗震性能使其广泛应用在位移测量、应变测量、震动测量、变形测量、温度测量以及工程材料的内部缺陷检测等领域，利用激光散斑剪切技术测量因内部缺陷引起的面外变形量来间接获取缺陷属性是对材料性能判断的方法之一。

激光散斑剪切干涉技术通过采集被测物形变前后的散斑图做差处理得到离面位移，该离面位移是沿相机光轴方向，对于曲面（斜面）物体的离面位移测量，被测物体每点的变形方向不一定平行于光轴，所测得的离面位移并不是曲面每点实际的变形量。上海大学李晓东等人通过构建三种波长不同的激光测量光路，使用一台CCD彩色相机一次记录三种光路获得的散斑干涉图像来测量物体的三维变形，但该方法光路复杂，同时需要多种激光光源，操作较为繁琐；山东师范大学孙勇明等人将数字散斑相关法和电子散斑干涉术结合在一起测量物体的三维变形，该方法只能测量平面物体的三维变形；上海交通大学李鹏飞等人，利用激光散斑偏转法求取曲面物体的三维形貌，并结合曲面变形前后的散斑图获得离面形变信息，但是该方法需要高精度的光源偏转仪器，抗干扰性能较差。

因此，提出一种通过抗干扰性能强的三维形貌和离面形变的组合测量，得到对曲面、斜面的面外形变的计量方法具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有问题，本发明提供了一种基于散斑剪切干涉的计量曲面物体离面位移方法，采用剪切散斑干涉与数字条纹投影相结合，以检测出曲面（斜面）物体内部缺陷的同时，并能获取其离面位移信息用于分析其缺陷属性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于散斑剪切干涉的计量曲面物体离面位移方法，包括如下步骤：

S1、投影仪投出正弦条纹到被测物表面，由CCD相机采集受被测物调制后的正弦条纹图并进行灰度处理；

S2、利用相移法对CCD相机采集的受调制的投影条纹图像提取包裹相位，结合多频外插法进行解包裹计算，得到绝对相位信息,获取物体相对相机的三维坐标,结合相机与标定的投影系统参数求取物体相对相机的三维坐标；

S3、利用PCL(Point Cloud Learning)对重建的点云数据集中的三维模型进行法向量估计，并计算出被测物表面法向量相对CCD相机光轴的夹角；

S4、激光器投射激光到被测物表面，通过对被测物施加外部载荷，由CCD相机分别采集被测物表面变形前后的散斑包裹相位图并进行灰度处理和滤波处理；

S5、利用相移法对CCD相机采集的散斑包裹相位图提取相位，并利用最小二乘解包裹算法对散斑包裹相位图进行相位展开，获得解包后相位分布信息，代入波长、剪切量等参数计算得到所测得的表面离面位移信息（即光程差）；

S6、建立激光散斑所测的离面位移测量值（即光程差）与被测物体表面实际变形的离面位移值之间的几何关系；

S7、根据S6中的几何关系，利用被测物体表面法向量相对CCD相机光轴的夹角对散斑剪切干涉所测得的离面位移信息进行修正，求得实际的离面位移 。

作为优选的技术方案：