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測(cè)試測(cè)量

激光干涉全場(chǎng)測(cè)試技術(shù)及其工程應(yīng)用(二)

星之球激光 來源:佳工機(jī)電網(wǎng)2012-08-20 我要評(píng)論(0 )   

3激光干涉云紋法 云紋干涉法測(cè)試中關(guān)鍵和復(fù)雜的操作是光路調(diào)整,即為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的虛光柵頻率和衍射光束的波前干涉成像。在云紋干涉法的典型光路中,為了實(shí)現(xiàn)虛光柵與試件...

       3激光干涉云紋法

  云紋干涉法測(cè)試中關(guān)鍵和復(fù)雜的操作是光路調(diào)整,即為實(shí)現(xiàn)預(yù)定的虛光柵頻率和衍射光束的波前干涉成像。在云紋干涉法的典型光路中,為了實(shí)現(xiàn)虛光柵與試件柵的匹配,其調(diào)節(jié)是很費(fèi)時(shí)的,在工程測(cè)試中難于應(yīng)用。

  本文采用了可調(diào)整出射角的光學(xué)—機(jī)械系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制反射雙向旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)系統(tǒng),如圖1。其獨(dú)到之處是在反射鏡組6、7中各設(shè)置兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)12驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)和俯仰機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)、配置了專用微型集成塊16和配套的計(jì)算機(jī)軟件,實(shí)現(xiàn)柵頻由微機(jī)14控制的小步距大范圍調(diào)節(jié),以及初始云紋和載波云紋的精細(xì)調(diào)控;相應(yīng)地可實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試對(duì)象距離的調(diào)節(jié),同時(shí)保證與準(zhǔn)直鏡面積相應(yīng)的測(cè)試面積,以適應(yīng)對(duì)不同位置、角度和距離的對(duì)象進(jìn)行測(cè)試的要求。步進(jìn)調(diào)節(jié)每步為15″,相當(dāng)于3線/毫米,僅為柵線頻率的0.5%(600線/毫米時(shí))~0.1%(3000線/毫米時(shí))。使這一方法易為一般工程技術(shù)人員掌握,可在數(shù)分鐘完成,數(shù)百倍地提高了調(diào)試效率,便于工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

        4 云紋圖像的計(jì)算機(jī)處理過程

  4.1 濾波處理

  由于試件柵復(fù)制過程中有缺陷,測(cè)試表面不理想平滑,光場(chǎng)受到某些灰塵等污染,光學(xué)元件中的劃痕、斑點(diǎn)等,都將造成云紋圖像中的噪聲,這些噪聲若不予以消除,將在條紋判讀時(shí)引起誤判,例如虛假條紋或位置偏移影響測(cè)試精度,因此濾波處理是必要的。

  本文采用了兩種濾波處理方法,即非線性邊緣檢測(cè)和錐形濾波。對(duì)條紋對(duì)比度好、稀密適中的圖像,采用保持邊緣濾波(即旋濾波法)即可得到較好的濾波細(xì)化效果;在存在分光鏡的二次反射干擾,條紋圖疊加了陰影云紋時(shí),該處云紋條紋切線方向灰度發(fā)生突然變化,造成了濾波細(xì)化圖的局部紊亂,為了克服這一困難,引入了非線性邊緣檢測(cè)法。

  對(duì)于呈現(xiàn)局部的稀疏的點(diǎn)狀排列的條紋圖,采用錐形濾波法,所謂錐即一組圖像的堆疊,將所取某一圖像的下一級(jí)圖像稱為子圖像,上一級(jí)圖像稱為父圖像,對(duì)原圖像劃分為4×4的塊,其相鄰的塊之間互相重疊50%,然后,對(duì)其中的每一塊近似地求高斯函數(shù)加權(quán)和,以分別得到父圖像的像素。

  對(duì)可能在條紋中產(chǎn)生的間斷,采用一種區(qū)域的擴(kuò)展算法,以消除圖像上黑色物體的空缺,并能把邊緣濾成更規(guī)則的形狀。

  4.2 云紋圖的全自動(dòng)分塊二值化

  為了能對(duì)工程測(cè)試中獲得的圖像處理取得良好效果,必須解決光場(chǎng)不勻圖像的二值化處理問題。為了解決光場(chǎng)不勻時(shí)要出現(xiàn)顧此失彼現(xiàn)象,采用分塊二值化方法,就是將圖像分布幾個(gè)小區(qū)域,以滿足各小區(qū)域內(nèi)光場(chǎng)均勻的要求,再對(duì)每一區(qū)域?qū)嵤┒祷?,然后再使整幅圖像二值化,采用上述方法,可成功地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分塊二值化處理。

       4.3 條紋圖的細(xì)化和倍增

  經(jīng)過二值化處理的圖像有一定的寬度,而寬度一般不具有力學(xué)量信息。為了便于計(jì)算機(jī)抽取條紋特征和力學(xué)信息,必須抽取其中心線,即進(jìn)行細(xì)化處理,其基本方法就是:在保持圖形連續(xù)性不變的情況下,一點(diǎn)一點(diǎn)地削掉面對(duì)二值圖形邊界的點(diǎn)。

  本系統(tǒng)提出一種基于8鄰接的條紋細(xì)化方法,其優(yōu)點(diǎn)是細(xì)化后的條紋不出現(xiàn)毛刺和間斷點(diǎn);抽取條紋圖黑、白條紋中心線,相加可得到倍增云紋圖,即靈敏度提高了一倍。

  4.4 條紋級(jí)次識(shí)別和力學(xué)量提取

  由計(jì)算機(jī)自動(dòng)并準(zhǔn)確地提取一系列力學(xué)量,是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。本系統(tǒng)首先通過預(yù)處理,得到消除了噪聲和實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)二值化及寬度僅為1像束的條紋骨架,這就為掃描過程中不發(fā)生誤判創(chuàng)造了良好的條件。對(duì)于水平方向條紋較密,垂直方向較稀的情況,采用“先列后行”的掃描順序;對(duì)于相反的情況,則采用“先行掃描后列掃描”搜索方法。然后采用曲線擬合的最小二乘法和偽逆矩陣進(jìn)行曲線擬合,求出位移及其導(dǎo)數(shù)——應(yīng)變的解析表達(dá)式。對(duì)于裂紋尖端附近,條紋級(jí)數(shù)發(fā)生急劇變化時(shí),則采取零級(jí)兩側(cè)分別計(jì)算方法,這樣,擬合值與掃描獲得的實(shí)測(cè)值就會(huì)符合得很好。

 

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