專利名稱：雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字散斑干涉測量技術(shù)，具體涉及基于雙脈沖激光器的瞬態(tài)散斑測量技術(shù)，屬于數(shù) 字散斑干涉測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)字散斑干涉測量是對全場位移和應(yīng)變進行量化分析的光測方法，它的基本原理是通過比較試件變形前后表面散斑圖的變化，來獲得位移和應(yīng)變場等力學(xué)信息。目前在數(shù)字散斑測量方面的研究主要集中在穩(wěn)態(tài)上，即通常意義的靜態(tài)、準靜態(tài)及離面穩(wěn)態(tài)振動，穩(wěn)態(tài)方法處理對象是干涉圖像的平均效應(yīng)，無法得到某一瞬時的振動形貌，也無法獲得振動相位信息。對數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)上采用連續(xù)激光器作為光源及采集圖像速度低的散斑系統(tǒng)，采集兩幅分離的散斑圖的時間間隔至少為20ms，只適用于測量物體變化相對較慢且外界干擾小的情況。在瞬態(tài)散斑測量方面，彭翔等人在文獻《雙脈沖數(shù)字散斑干涉測量系統(tǒng)的實驗研究》(中國激光，vol 9，n5，pp847-851，1996.)中介紹了一種基于脈沖ND: YAG激光系統(tǒng)的數(shù)字散斑干涉技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了物體與脈沖激光觸發(fā)以及CCD圖像獲取的同步控制，但其脈沖間隔只有￠50 800) u S，測量微小瞬時形貌存在一定差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服已有數(shù)字散斑測量技術(shù)存在的不足，提供一種適用于測量瞬態(tài)振動位移的雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置及方法。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置，包括雙脈沖激光器、光路系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、同步控制器及瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器。所述圖像采集系統(tǒng)包括目鏡和雙曝光相機。一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量方法為雙脈沖激光器發(fā)出波長為532nm的雙脈沖激光到達光路系統(tǒng)；光路系統(tǒng)對雙脈沖激光進行空間濾波、擴束和準直后，將該光束分為一路測量光和一路參考光，測量光和參考光分別入射到被測表面和參考表面上發(fā)生散射；然后測量光的散射光和參考光的散射光在光路系統(tǒng)中匯合發(fā)生干涉，干涉光線到達圖像采集系統(tǒng)的目鏡，經(jīng)目鏡的匯聚后，到達雙曝光相機。同步控制器控制雙脈沖激光器和雙曝光相機同步開啟，并根據(jù)雙脈沖激光器的閃光燈與開關(guān)開啟時間之間的延時及雙脈沖間隔時間，控制雙曝光相機分別抓拍到連續(xù)兩個脈沖光照亮被測表面的兩個瞬間的圖片，并將得到的兩張圖片發(fā)送到瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器。瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器對雙曝光相機發(fā)送來的兩張圖片進行處理后，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布。所述瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器對雙曝光相機發(fā)送來的兩張圖片進行處理，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布的具體過程為第I步對所述兩張圖片進行圖像相減處理，得到瞬態(tài)散斑條紋圖；第2步采用正交小波變換濾波方法對瞬態(tài)散斑圖像噪聲進行濾波；
第3步采用條紋中心線法提取包含在瞬態(tài)散斑條紋中的位相信息，從而獲得瞬態(tài)振動位移場及瞬時振動形貌。有益效果與傳統(tǒng)技術(shù)相比，本發(fā)明具有突出的優(yōu)點和顯著的效果1、同步控制器精確同步控制雙脈沖激光器及雙曝光相機的同步工作，能檢測到物體在(2 1000) u s時間間隔內(nèi)結(jié)構(gòu)表面瞬時振動形貌的測量。2、采用瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器得到信噪比高的瞬態(tài)散斑條紋圖，能定量分析物體表面瞬時振動形貌。3、系統(tǒng)使用簡單方便，具有能夠測量復(fù)雜表面的全場振動、結(jié)構(gòu)動態(tài)分析和瞬態(tài)過程等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明具體實施例中所述雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1-雙脈沖激光器、2-光路系統(tǒng)、3-被測表面、4-參考表面、5-目鏡、6-雙曝光相機、7-圖像采集系統(tǒng)、8-同步控制器、9-瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器。
具體實施例方式為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖，通過I個實施例，對本發(fā)明做
進一步說明。一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置，如圖1所示，包括雙脈沖激光器I、光路系統(tǒng)
2、圖像采集系統(tǒng)7、同步控制器8及瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器9。所述圖像采集系統(tǒng)7包括目鏡5和雙曝光相機6。其工作過程為雙脈沖激光器I發(fā)出波長為532nm的雙脈沖激光到達光路系統(tǒng)2 ;光路系統(tǒng)2對雙脈沖激光進行空間濾波、擴束和準直后，將該光束分為一路測量光和一路參考光，測量光和參考光分別入射到被測表面3和參考表面4上發(fā)生散射；然后測量光的散射光和參考光的散射光在光路系統(tǒng)2中匯合發(fā)生干涉，干涉光線到達圖像采集系統(tǒng)7的目鏡5，經(jīng)目鏡5的匯聚后，到達雙曝光相機6。同步控制器8控制雙脈沖激光器I和雙曝光相機6同步開啟，并根據(jù)雙脈沖激光器I的閃光燈與開關(guān)開啟時間之間的延時及雙脈沖間隔時間，控制雙曝光相機6分別抓拍到連續(xù)兩個脈沖光照亮被測表面3的兩個瞬間的圖片，并將得到的兩張圖片發(fā)送到瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器9。瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器9對雙曝光相機6發(fā)送來的兩張圖片進行處理后，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布。所述瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器9對雙曝光相機6發(fā)送來的兩張圖片進行處理，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布的具體過程為第I步對所述兩張圖片進行圖像相減處理，得到瞬態(tài)散斑條紋圖；第2步采用正交小波變換濾波方法對瞬態(tài)散斑圖像噪聲進行濾波；第3步采用條紋中心線法提取包含在瞬態(tài)散斑條紋中的位相信息，從而獲得瞬態(tài)振動位移場及瞬時振動形貌。
權(quán)利要求
1.一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置，其特征在于其包括雙脈沖激光器(I)、光路系統(tǒng)(2)、圖像采集系統(tǒng)(7)、同步控制器(8)及瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器(9)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置，其特征在于所述圖像采集系統(tǒng)(7)包括目鏡(5)和雙曝光相機(6)。
3.—種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量方法，其特征在于具體為雙脈沖激光器(I)發(fā)出波長為532nm的雙脈沖激光到達光路系統(tǒng)(2);光路系統(tǒng)(2)對雙脈沖激光進行空間濾波、擴束和準直后，將該光束分為一路測量光和一路參考光，測量光和參考光分別入射到被測表面(3)和參考表面(4)上發(fā)生散射；然后測量光的散射光和參考光的散射光在光路系統(tǒng)(2)中匯合發(fā)生干涉，干涉光線到達圖像采集系統(tǒng)(7)的目鏡(5)，經(jīng)目鏡(5)的匯聚后，到達雙曝光相機(6);同步控制器⑶控制雙脈沖激光器⑴和雙曝光相機(6)同步開啟，并根據(jù)雙脈沖激光器(I)的閃光燈與開關(guān)開啟時間之間的延時及雙脈沖間隔時間，控制雙曝光相機(6)分別抓拍到連續(xù)兩個脈沖光照亮被測表面(3)的兩個瞬間的圖片，并將得到的兩張圖片發(fā)送到瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器(9);瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器(9)對雙曝光相機(6)發(fā)送來的兩張圖片進行處理后，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布。
4.如權(quán)利要求3所述的一種雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量方法，其特征在于所述瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器(9)對雙曝光相機(6)發(fā)送來的兩張圖片進行處理，得到需要的全場瞬態(tài)振動位移分布的具體過程為 第I步對所述兩張圖片進行圖像相減處理，得到瞬態(tài)散斑條紋圖； 第2步采用正交小波變換濾波方法對瞬態(tài)散斑圖像噪聲進行濾波； 第3步采用條紋中心線法提取包含在瞬態(tài)散斑條紋中的位相信息，從而獲得瞬態(tài)振動位移場及瞬時振動形貌。
全文摘要
本發(fā)明公開了雙脈沖數(shù)字散斑瞬態(tài)測量裝置及方法，屬于數(shù)字散斑干涉測量領(lǐng)域。它包括雙脈沖激光器、光路系統(tǒng)、同步控制器、圖像采集系統(tǒng)和瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器。其主要特征是采用雙脈沖激光器和雙曝光相機分別作為光源和光電接收系統(tǒng)，同步控制器的精確時序控制激光器和相機的同步工作；采用瞬態(tài)散斑數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)可調(diào)時間間隔內(nèi)結(jié)構(gòu)表面瞬時振動形貌的測量。本發(fā)明具有非接觸、高分辨率、全場同時測量及精確獲取物體瞬態(tài)振動形貌等優(yōu)點，在武器裝備中復(fù)雜結(jié)構(gòu)、微小結(jié)構(gòu)、薄壁結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析和瞬態(tài)過程測量中有著不可或缺的應(yīng)用價值。
文檔編號G01H9/00GK102980520SQ20121050927
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者溫聚英, 張大治, 王晶晶, 薛景峰 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術(shù)研究所