为了精确、实时地测量物体表面的动态形变,提出了基于狭缝光阑的空间载波剪切散斑干涉系统.该系统通过倾斜迈克尔逊干涉仪的一个平面镜来产生剪切量和载波频率,实现空间频谱的移动;采用一个可调节的狭缝光阑控制散斑大小和空间频谱宽度.基于傅里叶变换与反变换在空间频率域上提取所需的频谱并计算相位图,最后通过一幅干涉条纹图得到相位分布信息.采用该系统对一个中心加载、四周固支的薄铝板进行了动态测量,分析了光学系统参数对测量结果的影响.结果表明,采用像素尺寸为4.65 μm×4.65 μm的高分辨率相机,焦距为8 mm的成像镜头,设置剪切量为25 mm,狭缝光阑X方向的尺寸为1 mm时,可得到高质量的剪切散斑相位图.该方法可以在25 frame/s 的采集速度下,以43.6°的视场角实现动态形变的测量,可测形变峰值为0.5~30 μm.

数字剪切散斑干涉技术在工业无损检测领域有广阔的应用前景,传统的迈克尔逊型数字剪切散斑干涉仪由于结构的限制,视场角很小,这限制了其在工程上的应用.介绍一种新型的大视角剪切散斑干涉系统,通过在成像镜头和CCD传感器之间嵌入4f光学系统来扩大其视场角,并实现镜头的外置.理论分析证明,视场角不再受到迈克尔逊结构的限制,仅仅取决于镜头的焦距和CCD传感器的靶面尺寸.设计并组建了一个大视场角迈克尔逊剪切散斑干涉系统,对比实验表明,在短的工作距离下实现了大视场的全场检测,在1 m的测距下,新系统测量面积可达800 mm×600 mm,而传统的系统测量面积只有250 mm×200 mm.

针对传统数字散斑干涉难以实现简便快速的动态测量的问题, 本文提出一种基于偏转角的空间载波相位检测技术。该方法根据散斑干涉测量中反射镜的偏转实现空间载波, 物光与偏转参考光干涉形成干涉光场, 记录了载波信息。干涉光照射到CCD 靶面, 采用CCD 阵列上相邻三个像素计算得到光干涉场的相位信息, 从而通过单幅散斑干涉图像解算光干涉场的相位信息。实验结果表明, 与传统的相位检测技术相比节省了测量和计算时间, 简化了测量系统结构, 算法相对简单, 达到快速相位检测的目的。