散斑干涉曲面物体离面形变测量技术研究

论文摘要

数字散斑干涉测量技术(DSPI)具有全场、非接触、高效的特点,在无损检测、材料力学参数测量甚至温度测量等方面都有着重要的应用。离面变形的测量对精密零部件应力集中变形、缺陷研究等具有重要的意义。传统数字散斑干涉技术主要应用于平面物体离面形变测量。这是因为散斑干涉直接测得的形变是系统光轴方向形变,必须将光轴方向的形变投影到曲面物体法线方向才能求解离面形变,因此,对于曲面物体离面形变的求解,物体形貌必须已知。本文通过对现有的平面物体离面形变测量系统进行改进,结合DSPI形貌测量技术,提出了一种曲面物体离面形变快速测量的散斑干涉系统。本文所提出的DSPI系统,仅需要一套数字散斑干涉系统,并且只需要一路物光光路,大大简化了测量系统和操作过程的复杂度。结合傅里叶变换提取相位的方法,实现了曲面物体离面形变高效、快速、高精度动态测量。本文对大视场点光源照明入射角度误差补偿效果进行了分析,通过对入射角度原理误差的补偿,使形貌测量相对误差同比减小了50%。对形貌测量的光束偏转角度和入射光照射距离等系统参数进行了设计,并实验验证了入射角度补偿方法的有效性以及系统参数设计的合理性。完成了曲面物体离面形变测量的工程样机设计,对柱面物体静态加载下的离面形变进行了测量,重复性误差不超过50nm。。设计了一套振动变形测量数字散斑干涉系统,通过有限元分析软件comsol,完成薄壁圆筒标准样件的振动模态分析。根据模态分析结果,优化薄壁圆筒尺寸参数设计,给出了激振系统的固有频率设计。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 散斑计量技术概述
•   1.2 表面形变和形貌测量方法综述
•     1.2.1 表面形变测量
•     1.2.2 表面形貌测量
•   1.3 本文主要研究的内容
• 第二章 数字散斑干涉三维形变测量原理与方法
•   2.1 曲面物体离面形变测量原理
•     2.1.1 曲面物体离面形变测量原理
•     2.1.2 表面形貌测量原理
•   2.2 基于傅里叶变换的相位提取方法
•     2.2.1 傅里叶解相位原理
•     2.2.2 相位降噪滤波方法研究
•   2.3 点光源照明三维形貌测量入射角补偿原理
•   2.4 本章小结
• 第三章 曲面物体离面形变测量系统参数设计
•   3.1 光路系统设计
•   3.2 实验结果与分析
•     3.2.1 形貌测量方法验证
•     3.2.2 形貌测量曲面拟合
•     3.2.3 法线矢量极限偏差分析
•     3.2.4 形变测量与误差分析
•   3.3 点光源照明角度补偿及效果分析
•     3.3.1 点光源补偿角度补偿效果分析
•     3.3.2 点光源补偿参考点选择
•   3.4 形貌测量系统参数设计与优化
•     3.4.1 光源偏转角度参数设计
•     3.4.2 入射距离对测量误差的影响分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 散斑干涉测量系统实现及性能评价
•   4.1 测量系统结构及零部件组成
•   4.2 曲面物体的形貌测量实验
•   4.3 曲面物体离面形变测量与误差分析
•   4.4 振动变形测量散斑干涉系统设计
•     4.4.1 振动测量散斑干涉光路系统设计
•     4.4.2 薄壁圆筒振动模态有限元分析及谐振频率设计
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 论文工作总结
•   5.2 论文工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李鹏飞

导师: 蔡萍

关键词: 数字散斑干涉,曲面物体,离面形变,振动变形测量

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 上海交通大学

分类号: TP391.41;O432.2

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.001659

总页数: 83

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