一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113587806A(43)申请公布日2021.11.02(21)申请号202110896224.5(22)申请日2021.08.05(71)申请人华东交通大学地址330000江西省南昌市经济技术开发区双港东大街808号(72)发明人吴荣刘燕德周建民蒋小刚李斌(74)专利代理机构南昌金轩知识产权代理有限公司36129代理人夏军(51)Int.Cl.G01B9/02(2006.01)G01B11/00(2006.01)G01B11/16(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统及方法(57)摘要本发明为一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统及方法，包括，激光器，用做光源，发出激光；压电陶瓷，可进行移动，且具有反射镜，反射镜用于反射激光并在物体表面产生相移散斑图；相机，用于捕捉图像；迈克尔逊干涉仪，用于产生干涉条纹；信号同步模块，用于制作同步信号发生电路；计算机，用于显示相机捕捉的图像，及计算干涉条纹图；其中，同步信号发生电路能够产生方波信号和阶梯信号，方波信号和阶梯信号的上升沿同步，方波信号用于控制相机的图像采集，阶梯信号用于控制压电陶瓷的移动产生相移图；阶梯波产生台阶电压，每个台阶的电压差值相等，且最大电压和最小电压差所对应的压电陶瓷运动的位移等于激光器的光源的一个波长。CN113587806ACN113587806A权利要求书1/3页1.一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统，其特征在于，包括：激光器，用做光源，发出激光；压电陶瓷，可进行移动，且具有反射镜，所述反射镜用于反射激光并在物体表面产生相移散斑图；相机，用于捕捉图像；迈克尔逊干涉仪，用于产生干涉条纹；信号同步模块，用于制作同步信号发生电路；计算机，用于显示所述相机捕捉的图像，及计算干涉条纹图；其中，所述同步信号发生电路能够产生方波信号和阶梯信号，所述方波信号和所述阶梯信号的上升沿同步，所述方波信号用于控制所述相机的图像采集，所述阶梯信号用于控制所述压电陶瓷的移动产生相移图；所述阶梯波能够产生台阶电压，每个台阶的电压差值相等，且最大电压和最小电压差所对应的所述压电陶瓷运动的位移等于所述激光器的光源的一个波长。2.根据权利要求1所述的一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统，其特征在于：所述阶梯波可产生3步台阶电压、4步台阶电压、5步台阶电压。3.根据权利要求2所述的一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统，其特征在于：所述阶梯波产生4步台阶电压时，所述压电陶瓷分别产生0、λ/4、λ/2、3λ/4位移，对应的相位分别为0、π/2、π、3π/2，在物体表面生成相移相位的散斑图；所述相机在所述方波的控制下开始曝光，经过曝光时间t后，相机可精确捕捉到对应的散斑图，变形前的散斑图表示为：变形后的散斑图表示为：其中，Ri(x,y)为变形前采集到的散斑图像，Di(x,y)为变形后采集到的散斑图像，i＝0,1,2,3；A(x,y)和B(x,y)分别为背景和幅值；为变形前的散斑相位。4.根据权利要求3所述的一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统，其特征在于：所述计算机具有只负责计算相位差图像的独立计算线程，物体变形前后的散斑图均被相机精确的捕捉，计算可得到变形前的的相位分布为：变形后的相位分布为：2CN113587806A权利要求书2/3页将变形后的相位减去变形前的相位即可得到由于变形引起的相位差即干涉条纹：5.根据权利要求4所述的一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量系统，其特征在于：所述计算机可将所述相机捕捉的每幅散斑图分割为n等分，n为计算机CPU或GPU的核心数；变形前的图为：变形后的图为；其中i＝1,2,3,4；j＝1,2,3…n；j表示处理器核心编号；计算机处理器中每个核心中并行计算得到一幅干涉条纹：将图像合并后得到完整的干涉条纹图：6.一种高精度散斑干涉相移条纹动态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搭建相移散斑干涉系统；S2：制作同步信号发生电路；S3：激光经过阶梯波控制下的压电陶瓷反射镜产生位移，在物体表面产生相移散斑图；S4：相机在同步方波以及曝光时间的控制下精确捕捉到散斑图；S5：捕捉得到变形前后的散斑图之后，新开辟一个线程用于计算相位图；其中，S1中搭建的干涉系统包括：激光器，用做光源，发出激光；压电陶瓷，可进行移动，且具有反射镜，所述反射镜用于反射激光并在物体表面产生相移散斑图；相机，用于捕捉图像；迈克尔逊干涉仪，用于产生干涉条纹；信号同步模块，用于制作同步信号发生电路；计算机，用于显示所述相机捕捉的图像，及计算干涉条纹图；其中，所述同步信号发生电路能够产生方波信号和阶梯信号，所述方波信号和所述阶梯信号的上升沿同步，所述方波