【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置及方法，属于散斑干涉缺陷检测。
技术介绍
1、随着工业检测要求中无损检测由定性检测向定量检测发展过渡，被测样品内部的缺陷区域纵向深度建模已经成为散斑干涉无损检测领域的技术难题，人们已经不满足于仅仅定性识别缺陷的横向位置、形状与尺寸，还需获取高精度的缺陷深度信息，从而能够全面地获取被测样品内部的缺陷信息。
2、在已经公开的现有技术中，人们通常并不关注被测样品缺陷区域的纵向深度，仅仅利用单一的激光散斑干涉技术或者剪切术实现被测样品缺陷区域横向位置、形状与尺寸的定位；现有技术通常仅仅利用剪切术得到被测样品缺陷区域的斜率场，通过积分算法得到被测样品缺陷区域的离面位移场，进而利用边界条件求解得到被测样品缺陷区域的纵向深度，但是该种方法存在以下不足：第一、在利用积分算法得到被测样品缺陷区域的离面位移场环节，由于原始得到的斜率场中存在滤波以后仍然无法去除的噪声，导致积分过程存在累积误差效应，得到的离面位移场并不十分精确，且该方法仅适用于简单类型的缺陷，例如盲孔、矩形等规则形状；第二、在利用边界条件求解得到被测样品缺陷区域的纵向深度环节，现有的技术中采用的边界条件为固支边、简支边或者自由边，然而现实情况下缺陷的真实边界条件非常复杂，难以获得非常准确的边界条件；另外现有技术在光路搭建环节，通常以达菲式光路结构为雏形，然而这种光路结构中利用被测样品对称式散射出两路分光束，然后利用反射镜接收反射，在实际搭建光路时，光学元件的角度非常难以调节，且这种结构光强利用率低，在利用待定系数法求
技术实现思路
1、本专利技术提出的是一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置及方法，其目的旨在解决现有技术无法对物体表面变形缺陷的深度进行检测的问题。
2、本专利技术的技术解决方案：一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其结构包括第一激光光源单元1-1，第二激光光源单元1-2，样品台3，参考光路单元4，剪切装置单元5，第一成像单元6a，第二成像单元6b；所述参考光路单元4包括第一聚焦透镜4b、单模光纤4c、第二聚焦透镜4d；所述剪切装置单元5包括可调孔径光阑5a、成像透镜5b、放大透镜5c、第二立方分束棱镜4e、第三立方分束棱镜5d、无载波平面反射镜5e、引载波平面反射镜5f。
3、进一步地，所述第一激光光源单元1-1包括第一激光发射器1a、第一立方分束棱镜4a、第一扩束镜1b；所述第二激光光源单元1-2包括第二激光发射器1c、第二扩束镜1d；所述第一聚焦透镜4b的入光口与第一立方分束棱镜4a的第一出光口相对，第一聚焦透镜4b的出光口与单模光纤4c的一端对接，单模光纤4c的另一端与第二聚焦透镜4d的入光口对接，第二聚焦透镜4d的出光口与第二立方分束棱镜4e的第一入光口相对；所述可调孔径光阑5a正对样品台3放置，可调孔径光阑5a位于样品台3和成像透镜5b之间，成像透镜5b位于可调孔径光阑5a和放大透镜5c之间，放大透镜5c位于成像透镜5b和第二立方分束棱镜4e之间，第二立方分束棱镜4e位于放大透镜5c和第三立方分束棱镜5d之间，第三立方分束棱镜5d位于第二立方分束棱镜4e和引载波平面反射镜5f之间，无载波平面反射镜5e位于第三立方分束棱镜5d的一侧，第二立方分束棱镜4e的第一出光口与第一成像单元6a相对，第二立方分束棱镜4e的第二出光口与第三立方分束棱镜5d的入光口相对。
4、进一步地，所述参考光束通过参考光束单元4中的单模光纤4c引入载波频率f0x、f0y，引入载波频率f0x、f0y后的参考光束经过第二立方分束棱镜4e后通过第二立方分束棱镜4e的第一出光口到达第一成像单元6a与进入第一成像单元6a的第一激光束漫反射光共同形成激光散斑干涉图像。
5、一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，该方法包括：
6、步骤1)通过第一激光光源单元1-1发出第一激光束，从第一激光束中分出一部分作为参考光束，分出参考光束后剩余的第一激光束照射样品台3上的被测样品2形成第一激光束漫反射光；
7、步骤2)对参考光束引入载波频率f0x、f0y；
8、步骤3)引入载波频率f0x、f0y后的参考光束与第一激光束漫反射光在第一成像单元6a上形成加载前激光散斑干涉图像；
9、步骤4)切断参考光束，将第一激光束漫反射光分成两束，其中一束为无剪切载波第一激光束反射光束，另外一束引入剪切载波频率后形成剪切载波第一激光束反射光束，无剪切载波第一激光束反射光束与剪切载波第一激光束反射光束在第二成像单元6b上形成加载前第一激光束剪切散斑干涉图像，采用四步相移法拍摄加载前相位差为等相位的四幅第一激光束剪切散斑干涉图像；
10、步骤5)关闭第一激光光源单元1-1，通过第二激光光源单元1-2发出第二激光束，第二激光束照射样品台3上的被测样品2形成第二激光束漫反射光；
11、步骤6)将第二激光束漫反射光分成两束，其中一束为无剪切载波第二激光束反射光束，另外一束引入剪切载波频率后形成剪切载波第二激光束反射光束，无剪切载波第二激光束反射光束与剪切载波第二激光束反射光束在第二成像单元6b上形成加载前第二激光束剪切散斑干涉图像，采用四步相移法拍摄加载前相位差为等相位的四幅第二激光束剪切散斑干涉图像；
12、步骤7)对被测样品2进行加载；
13、步骤8)重复步骤1)-步骤7)，将被测样品2换成加载压力后的被测样品2，得到加载后激光散斑干涉图像、加载后相位差为等相位的四幅第一激光束剪切散斑干涉图像、加载后相位差为等相位的四幅第二激光束剪切散斑干涉图像；
14、步骤9)利用四步相移算法先后提取加载前第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图、加载后第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图，将加载前第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图与加载后第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图做差，得到加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的相位差图；
15、步骤10)利用四步相移算法先后提取加载前第二激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图、加载后第二激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图，将加载前第二激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图与加载后第二激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图做差，得到加载前后第二激光束剪切散斑干涉图像的相位差图；
16、步骤11)通过相位解包裹算法将加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的相位差图变为加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图，通过相位解包裹算法将加载前后第二激光束剪切散斑干涉图像的相位差图变为加载前后第二激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图；然后利用缺陷区域加载前后的斜率场与加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图、加载前后第二激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图的对应关系确定本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是包括第一激光光源单元(1-1)，第二激光光源单元(1-2)，样品台(3)，参考光路单元(4)，剪切装置单元(5)，第一成像单元(6a)，第二成像单元(6b)；所述参考光路单元(4)包括第一聚焦透镜(4b)、单模光纤(4c)、第二聚焦透镜(4d)；所述剪切装置单元(5)包括可调孔径光阑(5a)、成像透镜(5b)、放大透镜(5c)、第二立方分束棱镜(4e)、第三立方分束棱镜(5d)、无载波平面反射镜(5e)、引载波平面反射镜(5f)。
2.根据权利要求1所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是所述第一激光光源单元(1-1)包括第一激光发射器(1a)、第一立方分束棱镜(4a)、第一扩束镜(1b)；所述第二激光光源单元(1-2)包括第二激光发射器(1c)、第二扩束镜(1d)；所述第一聚焦透镜(4b)的入光口与第一立方分束棱镜(4a)的第一出光口相对，第一聚焦透镜(4b)的出光口与单模光纤(4c)的一端对接，单模光纤(4c)的另一端与第二聚焦透镜(4d)的入光口对接，第二聚焦透镜(4d)的出光口与第二立方
3.根据权利要求1所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是所述参考光束通过参考光束单元(4)中的单模光纤(4c)引入载波频率f0x、f0y，引入载波频率f0x、f0y后的参考光束经过第二立方分束棱镜(4e)后通过第二立方分束棱镜(4e)的第一出光口到达第一成像单元(6a)与进入第一成像单元(6a)的第一激光束漫反射光共同形成激光散斑干涉图像。
4.一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是包括：
5.根据权利要求4所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述步骤9)利用四步相移算法先后提取加载前第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图、加载后第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图，将加载前第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图与加载后第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图做差，得到加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的相位差图，具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述步骤9-1)采用四步相移算法对加载前相位差为等相位的四幅第一激光束剪切散斑干涉图像进行处理，得到加载前第一激光束剪切散斑干涉图像的相对相位图，具体包括：
7.根据权利要求4所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述步骤11)中利用缺陷区域加载前后的斜率场与加载前后第一激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图、加载前后第二激光束剪切散斑干涉图像的连续相位差分布图的对应关系确定出缺陷的横向位置、形状、尺寸，具体包括如下公式(4)所示：
8.根据权利要求4所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述步骤12)中利用空间载波法分别提取加载前激光散斑干涉图像的相对相位图和加载后激光散斑干涉图像的相对相位图，将加载前激光散斑干涉图像的相对相位图与加载后激光散斑干涉图像的相对相位图做差得到加载前后激光散斑干涉图像的相位差图，通过相位解包裹算法将加载前后激光散斑干涉图像的相位差图变为加载前后激光散斑干涉图像的连续相位差分布图，具体包括：
9.根据权利要求4所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述步骤13)利用步骤12)所确定的缺陷的横向位置，结合弹性力学薄板弯曲方程，利用物理建模的方式，推测缺陷区域的纵向深度，进而实现缺陷区域纵向深度的检测，具体包括：
10.根据权利要求9所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测方法，其特征是所述采用基于改进的异常值抑制迭代收敛的最小二乘算法求解被测样品弯曲刚度D，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是包括第一激光光源单元(1-1)，第二激光光源单元(1-2)，样品台(3)，参考光路单元(4)，剪切装置单元(5)，第一成像单元(6a)，第二成像单元(6b)；所述参考光路单元(4)包括第一聚焦透镜(4b)、单模光纤(4c)、第二聚焦透镜(4d)；所述剪切装置单元(5)包括可调孔径光阑(5a)、成像透镜(5b)、放大透镜(5c)、第二立方分束棱镜(4e)、第三立方分束棱镜(5d)、无载波平面反射镜(5e)、引载波平面反射镜(5f)。
2.根据权利要求1所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是所述第一激光光源单元(1-1)包括第一激光发射器(1a)、第一立方分束棱镜(4a)、第一扩束镜(1b)；所述第二激光光源单元(1-2)包括第二激光发射器(1c)、第二扩束镜(1d)；所述第一聚焦透镜(4b)的入光口与第一立方分束棱镜(4a)的第一出光口相对，第一聚焦透镜(4b)的出光口与单模光纤(4c)的一端对接，单模光纤(4c)的另一端与第二聚焦透镜(4d)的入光口对接，第二聚焦透镜(4d)的出光口与第二立方分束棱镜(4e)的第一入光口相对；所述可调孔径光阑(5a)正对样品台(3)放置，可调孔径光阑(5a)位于样品台(3)和成像透镜(5b)之间，成像透镜(5b)位于可调孔径光阑(5a)和放大透镜(5c)之间，放大透镜(5c)位于成像透镜(5b)和第二立方分束棱镜(4e)之间，第二立方分束棱镜(4e)位于放大透镜(5c)和第三立方分束棱镜(5d)之间，第三立方分束棱镜(5d)位于第二立方分束棱镜(4e)和引载波平面反射镜(5f)之间，无载波平面反射镜(5e)位于第三立方分束棱镜(5d)的一侧，第二立方分束棱镜(4e)的第一出光口与第一成像单元(6a)相对，第二立方分束棱镜(4e)的第二出光口与第三立方分束棱镜(5d)的入光口相对。
3.根据权利要求1所述的一种结合激光散斑干涉与剪切术的缺陷检测装置，其特征是所述参考光束通过参考光束单元(4)中的单模光纤(4c)引入载波频率f0x、f0y，引入载波频率f0x、f0y后的参考光束经过第二立方分束棱镜(4e)后通过第二立方分束棱镜(4e)的第一出光口到达第一成像单元(6a)与进入...
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