摘 要： 剪切散斑干涉技术是利用相干光照射在粗糙的物体表面，在空间所形成的散斑，实现物体表面位移和变形检测。它具有可以全场测量，光路简单，调节方便，对环境要求低等特点。主要讨论基于迈克耳孙的剪切散斑干涉术的原理及位移导数与条纹之间的关系。通过相关实验证明剪切散斑干涉技术在物体离面位移检测中的准确性和有效性。
关键词： 剪切散斑干涉；离面位移；光学检测
中图分类号：O348 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210098－01
0 引言
剪切散斑干涉技术是一种光学干涉技术[1-2]。而计算机图像处理技术的引进则大大加快了测试数据的获取和数字图像处理速度。使得剪切散斑干涉的实时检测和原位检测成为可能。由于剪切散斑干涉是光学检测方法，其干涉是物体表面散射的光再分光后形成干涉，因此散斑干涉对环境的要求不高，而且是非接触和全场检测。基于以上优点，使得剪切散斑干涉技术在各种领域中得以应用。
1 剪切散斑干涉技术
散斑的形成是由于物体表面的粗糙而形成的散射造成的。所以散斑也携带了物体粗糙表面的信息，如果物体表面发生变化，则散斑也会发生相应的变化。因此，我们就可以通过散斑来研究物体表面的形状、位置变化、受力情况等等。
然而，由于散斑的特点，想从一副散斑图中分析出物体表面的相关信息是非常困难的，所以，人们开始使用两幅散斑图进行叠加干涉，来观察干涉结果和物体表面信息的关系。即散斑干涉技术，随着实验技术和计算机的发展，散斑干涉逐渐产生了电子散斑干涉、剪切散斑干涉和数字散斑相关等技术，这些都统称为散斑测试技术[3-4]。
剪切散斑干涉有基于迈克耳孙棱镜和双折射棱镜的两种剪切散斑干涉技术。本文只研究基于迈克耳孙棱镜的剪切散斑干涉技术。其原理图如图1。
由激光器发出的激光经过扩束后打在被测物体上，产生的散斑进入方棱镜。产生了透射和反射，分别到达M1和M2两个反射镜，由于M2有一定的偏折角，所以在摄像头上将会产生两个剪切的像。这两个像是由激光形成的，它们将在摄像头平面上互相干涉而形成散斑干涉图像。当两个变形前后的散斑图像同时记录在摄像头上，经过处理后，将出现一个表示物体位移偏导数的条纹图案。
当一束激光照射在光学粗糙表面上，由于漫射表面散射光的干涉将产生许多随机分布的亮暗斑点，用透镜成像后，在像平面上物光波的复振幅分布为可以表示为
这种相减的方式把本底光强或者背景光强去除，而突出了由于变形引起的相位变化 的结果。 按后项 的规律变化，由此可以看出在计算机屏幕上将出现明暗相间的散斑干涉条纹。可以想象，当
，N=0，±1，±2……时，出现亮条纹。当 ，n=0，±1，±2……时，出现暗条纹。因此，我们可以很直接的获得表示物体位移导数的条纹图。
2 离面位移检测
2.1 离面位移检测的实验硬件
由于剪切散斑干涉技术对离面位移的敏感性，所以通常用来检测物体表面是否存在离面位移。本文搭建了一套对物体表面离面位移进行检测的实验装置，如图2。
在本实验装置中，被测物上装有步进机构，由其产生物体表面的离面
位移。由激光器产生的激光经过扩束后打在被测物表面，经过反射进入剪切散斑干涉仪。由剪切散斑干涉仪上的CCD采集带有位错的散斑图像输入到计算机中，再经过数字图像处理，最后得到清晰的干涉条纹，以此判断物体的离面位移。
2.2 离面位移检测的实验步骤
1）调试光路。调节各个光学元件和CCD的焦距，使得散斑图像能被CCD清晰的采集到。
2）打开剪切散斑干涉仪的控制软件，对剪切散斑图像进行采集。
3）步进机构控制使物体表面产生一定量的离面位移。
4）再次对剪切散斑图像进行采集。
5）将两个散斑图像进行叠加干涉，然后进行图像处理。得到清晰的干涉条纹。
本文对不同的离面位移产生的干涉条纹做了研究，发现，剪切散斑干涉技术对物体表面的离面位移非常敏感，其干涉条纹非常清晰，能从干涉条纹图中准确的判断出物体的离面位移。
3 结论
本文通过对由步进机构产生的物体表面离面位移进行检测，得到了多组干涉条纹。通过对干涉条纹的分析能准确判断出物体的离面位移的存在。从而证明了剪切散斑干涉技术在物体表面离面位移检测的实用性，并总结了其检测方法。
基金项目：南昌航空大学科研基金（EC200908226）“复合材料缺陷的激光全息检测技术研究”
参考文献：
[1]Hung YY.Shearography:a new optical method for strain measurement and nondestructive testing[J].Opt.Engng 1982,21(3):391-395.
[2]俞晓磊、赵志敏、郭林峰，激光散斑干涉条纹的CCD分析技术研究[J].应用激光，2007，27（5）：378-381.
[3]孙平、张熹，电子散斑干涉中相移技术研究[J].光电子激光，2001，12（11）：1174-1176.
[4]洪友仁，剪切散斑：一种光学测量技术及其应用[J].实验力学，2006，21（6）：667-688.
作者简介：
朱泉水（1979-），男，讲师，研究方向：光学检测、数字图像处理。