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电子散斑与结构照明
摘要:
电子散斑在实际的工业应用中,接受测量的物体表面往往具有低反射率。通过理论分析,这里采用相位改变技术将导致某一级的更小的可接受的可以忽略的部分相位误差。使用高功率激光器可以解决这个问题;但这是一个昂贵的解决方案。在这项工作中,使用结构照明的衍射光学元件提出了一个低成本的解决方案。该方法对变形相位来自于物体上选择的特定地区时特别有用。一个简单的实验验证了这一做法的可操作性。该文由Elsevier科技有限公司于2002年发表。
关键字:散斑,电子散斑,结构照明,衍射光学元件,衍射光学,无损试验,
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自其出现在上世纪70年代[1,2],电子散斑(相关)干涉已经发展成为一个受欢迎的进行实时检查物体负荷的工具。下面有几个这种技术的光路图。在经典的电子散斑光路(图1(a)项)中,物体被一束光源照明,而探测器由另一束光源照明。这种干涉对平面位移敏感。在第二个光路(图1(b))中,物体被两束光照明;每束光以不同的角度倾斜入射。这种干涉对平面位移的测量不如前者敏感。在一个类似的光路(图1(c))中,物体同时被两个光源照明,它们是在物体两侧以相同的倾斜角度入射从而形成的干涉。这种干涉仪可以用于平面位移的测量。第四个光路(图1(d))也称为散斑剪切术,物体被一束光照亮,但使用两个倾斜棱镜成像。这种干涉对平面位移梯度敏感。在类似的光路(图1(e))中,物体被一束光源照亮,但采用棱镜代替两个倾倾斜镜成像。通过一系列棱镜的倾斜,旋转和反转,让这些各种各样的干涉仪测出平面梯度在横向,径向,旋转,和反转的变化。在最后一个光路(图1(f))中两束来自相同光源的光分别将物体照明,从而成像。这种干涉仪可以测量两个物体的相对平面位移的。从操作的角度看,所有的干涉描述涉及两个振幅连贯波前。在第一个光路中,其中一个是平面波前,而另一种是散斑斑点。因此这通常称为平面参考电子散斑。而其他光路中,都是将两个散斑波前相结合。因此他们称为散斑参考电子散斑。
电子散斑在工业应用中已得到广泛的认可,由于没有测微光学相移技术[3,4],提供准确、迅速的手段获得变形阶段的一系列干涉。为了适用于有效的相移技术,它对优化记录参数,并设计适当的测量程序是有用的。通常情况下,重要的是通过量化的估算分数点的数字图像,通常称为像素,这可被视为接受一定的最低测量精度时是必需的,理论研究已证明如平面面参考电子散斑[5]。在实验室环境中,测试的物体通常是漆成白色的
使其具有良好的反射率。然而,在实际现场应用中,它往往是不可能的这样做的。有时,一个表面反射率非常低可以使电子探测器只收集到微弱照明物体反射散斑光场(通常由一个扩大的激光束)。在这种情况下,低照明的影响在平面参考电子散斑中进行了讨论。

考虑这种情况下形成的散斑的干涉图样和平面区域。强度模式由下式给出:
(1)
式中:和分别是镜面反射和散斑场的光波的复振幅,为初始相位,为由形变引起的相位改变量,为相移技术提供的受控相移。受控相移产生一系列由形变决定的强度变化。
假设在电子探测器响应的线性动态范围内,下列通常设定要求如下:(1)总强度应始终低于探测器的一级饱和度
,(2)调制深度适用于相移大于最低强度,它取决于接受[5]中给出的测量部分。
(2)
式中:,,,是的平均统