基于复矢量插值的激光波数扫描干涉相位快速提取算法

激光波数扫描干涉技术通过透视测量复合材料内部的应变场,实现复合材料高精度无损透视检测,测量精度达到微应变级别,这是目前微米级缺陷无损检测的重要手段之一。激光波数扫描干涉技术按照波数k轴方向提取出干涉信号光强序列,然后对每个像素位置的干涉光强序列进行数据处理。通过离散的傅里叶变换得到像素点对应的频谱图,运用基于误差补偿的相位提取算法提取到像素点的相位,遍历所有的像素点得到相位卷绕图,最后使用相位解卷绕技术,得到物体的表面信息。在相位提取的步骤中进行改进,提出基于复矢量插值的激光波数扫描干涉相位快速提取算法,通过间隔采样减少计算所需要花费的时间,复矢量插值保证结果的准确性,减少运算所需要花费的时间,在此基础上同时也可以保证得到的解卷绕相位对实际的影响不大。

基于波数扫描干涉的表面轮廓测量

为了高精度测量被测物体表面3维轮廓,采用半导体激光器波数扫描干涉的方法,对激光波数扫描干涉进行了理论分析和实验验证。在迈克尔逊干涉系统的参考端引入一个光楔,通过2-D傅里叶变换提取光楔干涉图像的相位,在线检测激光器输出波数变化,最后对所有时间分辨干涉图像序列进行随机采样傅里叶变换,还原被测物体表面3维轮廓。结果表明,轮廓测量精度达到±6.7nm。该方法特别适合于机械零件的质量检验。

基于激光波数扫描干涉曲面轮廓度测量

激光波数扫描干涉是一种新型激光干涉测量方法,具有稳定性好、测量精度高等优点。为了提高测量的精度,采用基于迈克尔逊干涉仪的波数扫描干涉的方法,并且对激光波数扫描干涉进行了理论分析和实验验证。并且运用矩阵的特征值分解与最小二乘法相结合的方法(EDLSA)对数据进行解调。此方法是一种广义的傅里叶变换,采用盲信号处理方式,不需要一些先验知识;并且通过和2D傅里叶变换的方法进行比较,证明此方法是可行的;并且EDLSA的测量精度16.86nm,而傅里叶变换的测量精度18.17nm。

基于电流波数扫描的透镜三维轮廓信息测量

为了高精度测量透镜表面的三维轮廓信息,采用半导体激光器波数扫描的方法,通过控制激光的输出电流来控制激光的线性输出并扩大线性区,从而提高测量精度。对激光波数扫描系统进行了理论分析并建立了测量系统进行实验验证。在迈克尔逊干涉系统的基础上进行改进,在参考端引入1个参考光楔,通过2-D傅里叶变换可以在线监测输出波数变化,对干涉序列图像进行随机采样傅里叶变换,从而还原透镜表面三维轮廓。实验结果表明测量精度可达到20 nm。

激光波数扫描干涉相位解卷绕算法研究

激光波数扫描干涉技术作为一种具有微米级检测分辨率和微应变级测量精度的新型干涉图像测量方法,能够透视测量复合材料内部的微观结构信息,实现材料的高精度无损透视成像检测。作为干涉图像数据处理至关重要的环节,相位解卷绕技术能将干涉图像信息从卷绕相位展开为解卷绕相位,还原干涉图像的真实信息。在传统相位解卷绕算法中,为了避免在噪声区域展开相位时相位展开错误进而导致误差的大面积传递,往往在存在噪声的区域停止相位展开,使得解卷绕后的数据存在缺陷及视场较小的问题,甚至可能无法正常解卷绕。针对以上传统算法的问题和研究了Goldstein枝切法在相位解卷绕中的应用。通过对噪声区域进行残差点判断设置枝切线,绕过枝切线进行相位展开,在所有正常点展开后结合枝切线周边的相位信息对枝切线上相位点完成最后的解卷绕,从而实现相位更有效地展开,减少相位展开后的数据缺陷,增大展开视场,精度更高。

干涉法测量双层树脂基材料内部的压缩位移场分布

建立了基于迈克尔逊干涉结构的深度分辨倾斜激光波数扫描干涉测量系统,对双层树脂基复合材料样品的压缩位移场分布进行了测量及分析。首先,采用分布反馈(DFB)半导体激光器对双层树脂基复合材料样品进行波数扫描干涉测量;然后,采用随机采样傅里叶变换(RSFT)计算双层树脂基复合材料样品加载前后的相位差;最后,运用解卷绕算法对材料样品加载前后的相位差进行解卷绕,计算出各表面压缩位移场的分布。实验结果表明,压缩位移场分布的测量精度达到±100nm,深度方向的轮廓分辨率约为0.41mm,最大测量深度约为52mm。该方法能够准确测量出树脂基复合材料的压缩位移场分布,测量时不受树脂基复合材料内部切面弹性模量的影响,具有测量精度高,系统稳定,抗干扰能力强等特点。

基于全场干涉测量方法的透镜三维轮廓测量

为了满足高精度透镜加工工艺的要求,设计了一套基于全场干涉测量方法的透镜三维轮廓测量系统。已标定的透镜三维轮廓测量系统利用分布式反馈激光二极管对透镜进行波数扫描,对CCD相机采集到的干涉图像依次进行随机采样傅里叶变换和解卷绕算法,最终通过计算得出透镜的三维轮廓数据。实验结果表明:该系统横向和纵向的分辨率均为0.011 3mm/pixels,深度方向的测量均方根误差为±19.8nm。系统结构简单、稳定性高,对透镜没有任何接触,不会对透镜表面造成损伤,适用于透镜的高精度轮廓测量。

曲面透镜轮廓新型测量方法

为了快速完成透镜曲面轮廓的高精度测量,结合激光波数扫描干涉测量理论,搭建了一台迈克尔逊干涉测量仪,在参考端引入参考光楔用于监测波数值的变换,通过二维傅里叶变换获得干涉图像卷绕相位,再对相位进行相位解卷绕后还原出被测件曲面轮廓。相较于传统的面型测量方法,该方法具有系统结构简单、测量精度高等特点,适用于透镜轮廓测量领域。