[发明专利]面内位移和离面位移同时测量的激光散斑测量装置和方法

权利要求书

1.面内位移和离面位移同时测量的激光散斑测量装置，其特征在于：设有连续波激光器（100），在该连续波激光器（100）的光束前进方向依次设有准直扩束器（110）、偏振分束器Ⅰ（121）；经偏振分束器Ⅰ（121）后，激光束分为透射光Ⅰ和反射光Ⅰ，反射光Ⅰ与透射光Ⅰ成90°夹角，反射光Ⅰ作为物光束Ⅰ直接照射在被测物体（200）上；透射光Ⅰ前进后照射在偏振分束器Ⅱ（122）上，透射光Ⅰ又被分为透射光Ⅱ和反射光Ⅱ；透射光Ⅱ前进后照射在反射镜Ⅰ（131）上，偏折90°后照射在反射镜Ⅱ（132）上，然后，再偏折90°后作为物光束Ⅱ照射在被测物体（200）上；反射光Ⅱ照射在反射镜Ⅲ（133）上，被反射后垂直照射在偏振分束器Ⅳ（124）上，经偏振分束器Ⅳ（124）后分为透射光Ⅴ和反射光Ⅴ，反射光Ⅴ作为参考光；

所述的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ以相同的入射角对称照射在被测物体（200）上；

所述的照射在被测物体（200）上的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ经被测物体散射后，散射光照射在会聚透镜（140）上，会聚后又照射在偏振分束器Ⅲ（123）上，散射光经偏振分束器Ⅲ（123）后分为透射光Ⅲ和反射光Ⅲ，反射光Ⅲ作为成像光束Ⅰ，进入CCD相机Ⅰ（151）成像，然后存储进计算机（300）；透射光Ⅲ照射在偏振分束器Ⅳ（124）上，经偏振分束器Ⅳ（124）后分为透射光Ⅳ和反射光Ⅳ；透射光Ⅳ和参考光一起进入CCD相机Ⅱ（152）成像，然后存储进计算机（300）。

2.一种面内位移和离面位移同时测量的激光散斑测量装置的测量方法，其特征在于：

（1）、用CCD相机Ⅰ（151）记录下被测物体在变形前和变形后的散斑场，利用面内位移的激光散斑干涉测量原理，通过计算得到被测物体的面内位移信息；

（2）、同时，用CCD相机Ⅱ（152）记录下被测物体在变形前和变形后的散斑场，利用离面位移的激光散斑干涉测量原理，通过计算得到被测物体的离面位移信息。

3.根据权利要求2所述的一种面内位移和离面位移同时测量的激光散斑测量装置的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）、将连续波激光器（100）、准直扩束器（110）、偏振分束器Ⅰ（121）、偏振分束器Ⅱ（122）、偏振分束器Ⅲ（123）、偏振分束器Ⅳ（124）、反射镜Ⅰ（131）、反射镜Ⅱ（132）、反射镜Ⅲ（133）、会聚透镜（140）、CCD相机Ⅰ（151）、CCD相机Ⅱ（152）和计算机（300）根据测量光路布置好；

（2）、打开连续波激光器（100）的电源，连续波激光器发出激光束，物光束Ⅰ和物光束Ⅱ以相等的入射角对称的照射在被测物体上，利用CCD相机Ⅰ（151）记录下被测物体变形前的面内位移散斑场I₁，存储进计算机；

（3）、同时，利用CCD相机Ⅱ（152）记录下被测物体变形前透射光Ⅳ和参考光相互干涉形成的离面位移散斑场                                                ，然后存储进计算机；

（4）、被测物体变形后，利用CCD相机Ⅰ（151）记录下变形后的面内位移散斑场I₂，存储进计算机；

（5）、同时，利用CCD相机Ⅱ（152）记录下被测物体变形后的离面位移散斑场，存储进计算机；

（6）、然后，利用公式，对被测物体200变形前获得的面内位移散斑场Ⅰ₁和被测物体200变形后的面内位移散斑场Ⅰ₂进行处理，得到面内位移条纹分布图；其中，Ⅰ₀₁和Ⅰ₀₂分别对应于物光束Ⅰ和物光束Ⅱ的强度分布，为物光束Ⅰ和物光束Ⅱ间的初相位差，为因被测物体200变形而引起的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ间的附加相位差，为被测物体200表面沿测量方向的面内位移分量，λ为测试激光波长，θ为物光束Ⅰ和物光束Ⅱ的入射角；

（7）、对面内位移条纹分布图进行分析，暗条纹时，利用式进行计算，亮条纹时，利用式进行计算，其中n为条纹级数；获得被测物体200变形后的面内位移分布；

（8）、同时，利用公式，对被测物体200变形前获得的离面位移散斑场和被测物体200变形后的离面位移散斑场进行处理，得到离面位移条纹分布图；其中，Ⅰ_o和Ⅰ_r分别对应于透射光Ⅳ和参考光的强度分布，为透射光Ⅳ和参考光间的初相位差，为因被测物体200变形而引起的透射光Ⅳ和参考光间的附加相位差，为被测物体200形变的离面位移分量，λ为测试激光波长；

（9）、对离面位移条纹分布图进行分析，暗条纹时，利用式进行计算，亮条纹时，利用式进行计算，其中n为条纹级数；获得被测物体200变形后的离面位移分布；

（10）、最终，通过一次布置光路，同时实现了对被测物体200面内位移和离面位移（，）的测量。