- Nazwa przedmiotu:
- Polowe pomiary optyczne
- Koordynator przedmiotu:
- dr hab. Leszek Sałbut, prof. nzw. PW
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Mechatronika
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- brak
- Semestr nominalny:
- 2 / rok ak. 2018/2019
- Liczba punktów ECTS:
- 6
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 79, w tym:
a) wykład - 45
b) ćwiczenia laboratoryjne - 30
c) konsultacje 2
d) egzamin 2
2) Praca własna studenta 90, w tym:
a) przygotowanie do zajęć laboratoryjnych - 20
b) zapoznanie z literaturą - 20
c) opracowanie sprawozdań - 30
d) przygotowanie do egzaminu - 20
suma 169 (6 ECTS)
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 79, w tym:
a) wykład - 45
b) ćwiczenia laboratoryjne - 30
c) konsultacje 2
d) egzamin 2
suma 79 (3 ECTS)
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- O charakterze praktycznym:
a) ćwiczenia laboratoryjne - 30
b) konsultacje 2
c) przygotowanie do zajęć laboratoryjnych - 20
d) opracowanie sprawozdań - 30
suma 82 (3 ECTS)
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład45h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium30h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Podstawy fotoniki i optyka instrumentalna
- Limit liczby studentów:
- 24
- Cel przedmiotu:
- Zdobycie wiedzy o polowych metodach poniaru i ich zastosowaniach w nauce i technice
- Treści kształcenia:
- (W) Opis teoretyczny optycznych polowych (z jednoczesnym pomiarem w całym polu widzenia) metod pomiaru: metody z oświetleniem koherentnym, częściowo koherentnym i niekoherentnym. Warunki pomiarów obiektów statycznych i zmiennych w czasie. Kodowanie i dekodowanie informacji fazowej i amplitudowej w interferogramach, hologramach, obrazach prążkowych i plamkowych. Wektor czułości (skalowanie) w pomiarach optycznych. Metody projektowania obrazów prążkowych. Interferometria dwuwiązkowa z wydzieloną i współbieżną wiązką odniesienia oraz z rozdwojeniem czoła fali. Podstawowe konfiguracje interferometrów. Analiza błędów interferometru i ich kompensacja. Techniki stroboskopowe. Interferometria z zastosowaniem kilku długości fali. Systemy interferometrów aktywnych i adaptacyjnych. Tomografia interferencyjna. Przykładowe zastosowania: pomiar chropowatości, kształtu obiektów statycznych i zmiennych w czasie, długości, jakości elementów i układów optycznych oraz niejednorodności materiałów optycznych. Podstawy teoretyczne holograficznej interferometrii optycznej i cyfrowej. Kodowanie i rekonstrukcja zespolonego frontu falowego. Interferometria holograficzna dwuekspozycyjna i stroboskopowa. Pomiar wektora przemieszczeń. Warstwicowanie holograficzne. Systemy monitorowania w czasie rzeczywistym. Kamery holograficzne. Mikroskopia i tomografia holograficzna. Zjawisko plamkowania: aspekty statystyczne i ich kategoryzacja. Układy cyfrowych interferometrów plamkowych: do pomiaru przemieszczeń z płaszczyzny i w płaszczyźnie oraz z przesuniętą repliką wiązki przedmiotowej. Interferometria impulsowa. Aspekty mechaniczne: zagadnienia korelacji i dekorelacji obrazów plamkowych, równanie prążków korelacyjnych. Wektor czułości, wyznaczanie składowych wektora przemieszczenia. Przetwarzanie obrazów korelacyjnych w badaniach obiektów wolnozmiennych (metody z przesunięciem fazy) i zmiennych w czasie (metody jednoobrazowe z zastosowaniem transformacji Fouriera, falkowej i Hilberta) oraz przetwarzanie sygnałów czasowych w pojedynczym pikselu (metoda adaptacyjnej dekompozycji sygnału na mody empiryczne, EMD). Zalety i wady cyfrowej interferometrii plamkowej. Przykładowe zastosowania w mechanice doświadczalnej, identyfikacji materiałów, analizie strukturalnej, badaniach nieniszczących (w tym naprężeń szczątkowych, procesów starzenia, reologii), weryfikacji procesów modelowania, inżynierii lądowej i lotniczej. Interferometria z uśrednieniem w czasie. Wyznaczanie częstotliwości rezonansowych oraz rozkładów amplitudy i fazy drgań. Implementacje w klasycznej interferometrii dwuwiązkowej, interferometrii holograficznej i plamkowej. Wybrane zastosowania: badania drgań mikrobelek i mikromembran krzemowych (w tym wersja heterodynowa z modulacją fazy w interferometrze). Analiza drgań za pomocą interferometrii z repliką wiązki przedmiotowej. Pomiar drgań o bardzo małych amplitudach. Analiza drgania bimodalnego za pomocą hybrydowej plamkowej interferometrii stroboskopowej i z uśrednianiem w czasie. Badania modów złożonych za pomocą interferometrii holograficznej z uśrednianiem w czasie. Podstawy teoretyczne interferometrii siatkowej ze sprzężonymi rzędami dyfrakcyjnymi. Budowa i analiza właściwości głowic interferometrycznych. Laserowy ekstensometr siatkowy. Falowodowe mikrointerferometry siatkowe. Przykłady zastosowań. Podstawy elastooptyki 2D i 3D.Systemy polaryskopów optycznych z automatyczną analizą obrazu i ich zastosowania w mechanice i kontroli przemysłowej. Holografia i tomografia elastooptyczna. Metody prążków mory. Opis matematyczny prazkow mory na przykladzie mory iloczynowej tworzonej przez dwie struktury binarne. Niekoherentne metody superpozycji struktur i ich wlasciwosci. Metoda mory w pomiarach ksztaltu: metody mory cieniowej i projekcyjnej i przykladowe zastosowania. Metoda mory odbiciowej - mapowanie pochodnych i krzywizn powierzchni plyt i powlok. Wybrane wspolczesne metody automatycznego przetwarzania prążków mory. Zasady pomiaru przemieszczeń w płaszczyźnie i pozapłaszczyznowych. Metoda mory geometrycznej i elektronicznej. Metoda projekcji prążków i kodów Graya. Metoda mory projekcyjnej, cieniowej i odbiciowej. Deflektometria. Podstawy fizyczne i matematyczne metody cyfrowej korelacji obrazu. Konfiguracje i zastosowania do pomiarów 2D i 3D. Kierunki rozwoju optycznych metod pomiaru. Mikro i nanometrologia optyczna.
(L) Pomiar odchyłek płaskości. Badanie jakości obiektywu. Pomiar deformacji i przemieszczeń. Wizualizacja modów drgań. Pomiar amplitudy i fazy drgań. Pomiar kształtu obiektu 3D. Badanie rozkładu naprężeń. Pomiar przemieszczeń i odkształceń. Pomiar kształtu mikroelementu. Wizyta w Zakładzie Długości i Kąta GUM.
- Metody oceny:
- egzamin, zaliczenie ćwiczeń
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- 1. K. Patorski, M. Kujawińska, L. Sałbut: Interferometria Laserowa z Automatyczną Analizą Obrazu, OWPW, Warszawa 2005;
2. D. Malacara: Optical Shop Testing, Wiley and Sons Inc., New York 1992;
3. K. Patorski, Handbook of the Moiré Fringe Technique, Elsevier, Amsterdam 1993;
4. M. Pluta (red): Holografia Optyczna, PWN, Warszawa 1980
- Witryna www przedmiotu:
-
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt PPO_W01
- Zna podstawy teoretyczne polowych metod pomiarów optycznych z wykorzystaniem koherentnych i niekoherentnych źródeł światła
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W08
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_W03, T2A_W04
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt PPO_U01
- Potrafi zastosować metody optyczne w praktyce laboratoryjnej i warsztatowej
Weryfikacja: zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U14, K_U15, K_U16, K_U17
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_U18, T2A_U17, T2A_U19, T2A_U17, T2A_U19, T2A_U18, T2A_U19
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt PPO_K01
- Potrafi pracować w zespole
Weryfikacja: zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych
Powiązane efekty kierunkowe:
K_K04
Powiązane efekty obszarowe:
T2A_K03, T2A_K04, T2A_K05