云纹干涉法相比传统的带有应变计的钻孔法而言，更适合测量深度方向上不均匀的残余应力场。这种高分辨率的场技术，可以在不接触的情况下进行平面内位移的测量。同时，得益于光栅复制技术的发展，使得记录试样表面上方高质量的衍射光栅成为可能。此外，激光干涉测量系统的建立，可以实现标准光栅（虚拟）的生成。图像处理技术也被用于评估平面内的全场应变。
本节内容主要是关于利用云纹干涉法来测量喷丸表面在深度方向上残余应力的变化，此外在本方法中还结合了钻孔法。为了测量钻孔后释放的残余应力，通常会使用能够测量平面内变形的装置，因为最重要的应力松弛发生在平面内。传统的应变计可用于测量应变松弛，但是，光学技术既可以测量面内的位移也可以测量面外的位移。云纹干涉法正是最常使用的平面内残余应力测量的光学技术。在数据后处理中使用了包括滤波、相位计算、解缠和空间分化的图像处理算法，从而将表面位移转换为残余应力场。图4-39中展示了云纹干涉法所使用的光学装置的示意图。其中LA是激光源，Ms是掩模，C是准直器，WM是制程窗口，CB是准直光束，M1、M2、M3和M4是平面镜，PP是平行平板玻璃，L是透镜，TS是测试样本，DG是衍射光栅，I是干涉仪。
图4-39 云纹干涉光学装置的示意图
本实验中所用的试样为AISI 4337钢的喷丸试样，结合云纹干涉法及钻孔法来测量其深度方向上不均匀的残余应力。该试样的力学性能和化学组分见表4-8。
表4-8 AISI 4337钢的力学性能和化学组分
钻孔装置和云纹干涉装置如图4-40所示。该装置由云纹干涉仪、表面预先粘有光栅的试样以及钻孔系统（空气涡轮机组件、直径1.8 mm的硬质合金刀具——可控制进给速度的高分辨率电子测微计）组成。
图4-40 钻孔装置和云纹干涉装置
钻孔过程是在光栅区域内逐渐完成的。在每次增量间记录由残余应力松弛产生的四个云纹图像。总共执行七次增量，前四次使用0.1 mm，后三次使用0.2 mm，直到深度达1 mm。用显微镜确认孔的最终形状，并确认其直径在2～2.1 mm之间。(www.xing528.com)
对于云纹干涉仪，每幅图像间的90°相位偏移都是通过旋转一个平行玻璃板实现的，该板位于部分照明光束的路径上。值得注意的是，如果光栅没有正确黏合或者质量差，那么可能获得不良数据。对比度低或反射率差是光栅复制过程中需要考虑的最重要的因素，同时胶水的厚度应该是均匀的。为了获得相位图，应该使用包括滤波和平滑化的算法来处理有干扰的数据。图4-41a～d给出了孔周围的相位图以及图像处理（解缠）后计算位移场的示例。
可利用对应于位移场的解缠相位图来计算残余应力。这些残余应力是使用距孔中心相同径向距离的三个不同点处获得的数据计算出来的，如图4-42所示。其中r0为孔的半径，θk为测量点的角位置。
图4-41 u、v方向的相图（a、b）和位移场在u、v方向的解缠相图（c、d）（参见彩图附图12）
把利用本方法所获得的测量结果与X射线衍射法、带有应变计的增量法以及数值模拟所分别得到的结果进行对比。X射线衍射法是利用sin2Ψ的方法来分析喷丸试样的残余应力状态，喷丸表面被一步步地电解抛光，以确定残余应力随深度的变化情况。带有应变计的增量法即为本书第4章4.2.1节中的盲孔法，利用应变花（EA-06-062RE-120）并结合积分法来测量深度方向上的残余应力。利用精密铣削导轨（RS-200）钻得一个直径为1.6 mm的小孔，在每一个增量下测得应变松弛量。通过数值计算求得积分法中每个增量下的修正系数。图4-43表示了三种不同实验技术测量的残余应力值：利用应变计的增量式钻孔法（IM），X射线衍射法（XRD）以及与钻孔结合的云纹干涉法。在同一幅图中，还给出了用有限元法进行数值模拟所得到的结果。
图4-42 测量点
分析图4-43可以发现，通过云纹干涉法获得的结果与利用应变计的增量式钻孔法以及X射线衍射法获得的结果十分接近。云纹干涉法和其他技术之间良好的一致性表明，这种光学技术在测量随深度变化的残余应力方面很有潜力。同样，数值模拟的结果与实验结果之间也有较好的一致性。
图4-43 利用不同方法测得的AISI4337钢喷丸试样的残余应力变化
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