3激光幹涉雲(yun) 紋法

　　雲(yun) 紋幹涉法測試中關(guan) 鍵和複雜的操作是光路調整，即為(wei) 實現預定的虛光柵頻率和衍射光束的波前幹涉成像。在雲(yun) 紋幹涉法的典型光路中，為(wei) 了實現虛光柵與(yu) 試件柵的匹配，其調節是很費時的，在工程測試中難於(yu) 應用。

　　本文采用了可調整出射角的光學—機械係統和計算機控製反射雙向旋轉的步進係統，如圖1。其獨到之處是在反射鏡組6、7中各設置兩(liang) 個(ge) 步進電機12驅動的旋轉和俯仰機構，設計、配置了專(zhuan) 用微型集成塊16和配套的計算機軟件，實現柵頻由微機14控製的小步距大範圍調節，以及初始雲(yun) 紋和載波雲(yun) 紋的精細調控；相應地可實現對測試對象距離的調節，同時保證與(yu) 準直鏡麵積相應的測試麵積，以適應對不同位置、角度和距離的對象進行測試的要求。步進調節每步為(wei) 15″，相當於(yu) 3線/毫米，僅(jin) 為(wei) 柵線頻率的0.5%(600線/毫米時)～0.1%(3000線/毫米時)。使這一方法易為(wei) 一般工程技術人員掌握，可在數分鍾完成，數百倍地提高了調試效率，便於(yu) 工程現場應用。

       　4 雲(yun) 紋圖像的計算機處理過程

　　4.1 濾波處理

　　由於(yu) 試件柵複製過程中有缺陷，測試表麵不理想平滑，光場受到某些灰塵等汙染，光學元件中的劃痕、斑點等，都將造成雲(yun) 紋圖像中的噪聲，這些噪聲若不予以消除，將在條紋判讀時引起誤判，例如虛假條紋或位置偏移影響測試精度，因此濾波處理是必要的。

　　本文采用了兩(liang) 種濾波處理方法，即非線性邊緣檢測和錐形濾波。對條紋對比度好、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化效果；在存在分光鏡的二次反射幹擾，條紋圖疊加了陰影雲(yun) 紋時，該處雲(yun) 紋條紋切線方向灰度發生突然變化，造成了濾波細化圖的局部紊亂(luan) ，為(wei) 了克服這一困難，引入了非線性邊緣檢測法。

　　對於(yu) 呈現局部的稀疏的點狀排列的條紋圖，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圖像稱為(wei) 子圖像，上一級圖像稱為(wei) 父圖像，對原圖像劃分為(wei) 4×4的塊，其相鄰的塊之間互相重疊50%，然後，對其中的每一塊近似地求高斯函數加權和，以分別得到父圖像的像素。

　　對可能在條紋中產(chan) 生的間斷，采用一種區域的擴展算法，以消除圖像上黑色物體(ti) 的空缺，並能把邊緣濾成更規則的形狀。

　　4.2 雲(yun) 紋圖的全自動分塊二值化

　　為(wei) 了能對工程測試中獲得的圖像處理取得良好效果，必須解決(jue) 光場不勻圖像的二值化處理問題。為(wei) 了解決(jue) 光場不勻時要出現顧此失彼現象，采用分塊二值化方法，就是將圖像分布幾個(ge) 小區域，以滿足各小區域內(nei) 光場均勻的要求，再對每一區域實施二值化，然後再使整幅圖像二值化，采用上述方法，可成功地實現全自動分塊二值化處理。

       4.3 條紋圖的細化和倍增

　　經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量信息。為(wei) 了便於(yu) 計算機抽取條紋特征和力學信息，必須抽取其中心線，即進行細化處理，其基本方法就是：在保持圖形連續性不變的情況下，一點一點地削掉麵對二值圖形邊界的點。

　　本係統提出一種基於(yu) 8鄰接的條紋細化方法，其優(you) 點是細化後的條紋不出現毛刺和間斷點；抽取條紋圖黑、白條紋中心線，相加可得到倍增雲(yun) 紋圖，即靈敏度提高了一倍。

　　4.4 條紋級次識別和力學量提取

　　由計算機自動並準確地提取一係列力學量，是一個(ge) 比較複雜的問題。本係統首先通過預處理，得到消除了噪聲和實現了全場二值化及寬度僅(jin) 為(wei) 1像束的條紋骨架，這就為(wei) 掃描過程中不發生誤判創造了良好的條件。對於(yu) 水平方向條紋較密，垂直方向較稀的情況，采用“先列後行”的掃描順序；對於(yu) 相反的情況，則采用“先行掃描後列掃描”搜索方法。然後采用曲線擬合的最小二乘法和偽(wei) 逆矩陣進行曲線擬合，求出位移及其導數——應變的解析表達式。對於(yu) 裂紋尖端附近，條紋級數發生急劇變化時，則采取零級兩(liang) 側(ce) 分別計算方法，這樣，擬合值與(yu) 掃描獲得的實測值就會(hui) 符合得很好。