[发明专利]基于三色激光的瞬态三维变形测量系统

说明书

技术领域

    本发明涉及光学三维变形测量系统，特别是一种基于三色激光的瞬态三维变形测量系统。

背景技术

    随着工业的发展，人们对材料受力后产生的变形、应力、应变等性能参数的研究和应用要求不断提高。从过去的只能应用于物体单点测量的金属应力量表到可以测量物体较大区域的散斑技术，在变形测量技术方面得到了很大的进步。利用散斑技术对物体进行两维或三维的变形测量的硬件系统和变形处理等算法处理方面已经有不少的方法。

     在专利“Method and apparatus for determining deformation and elongation on curved bodies”（专利号：US 6188483 B1）中，利用一个激光器提供光源，将两个双光束电子散班干涉系统和一个离面变形检测系统结合到一个系统中，分别依靠出射的四束激光束完成面内变形检测，并利用四束激光中的一束和另一束光束构成离面变形检测系统。将变形前后获得的电子散斑图运用直接相减算法进行处理后，得到三维变形数据。此系统的缺点是不能同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形测量，对测量环境要求严格，而且，利用一个激光光源采用分立的元件进行分光、传光，光学器件繁多。

     在专利“基于旋转Y型光纤的三维变形测量系统”（专利号：ZL 2007 1 0038728.3）中，通过光纤的空间位置旋转控制，来实现物体面内竖直方向，水平方向以及离面方向的变形测量。此系统的缺点是不能同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形测量。

     在专利“基于分束光纤的三维变形测量系统” （专利号：ZL 2007 0038782.8） 中，通过光纤出口端的遮挡开关的选择，来实现物体面内竖直方向，水平方向以及离面方向的变形测量。此系统的缺点是不能同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形测量。

在文献“Three-wavelength electronic speckle pattern interferometry with the Fourier-transform method for simultaneous measurement of microstructure-scale deformations in three dimensions”（Applied Optics,Vol.45, Issue14,pp.3218-3225 (2006)）是通过三个CCD摄象机同时采集来实现物体面内竖直方向，水平方向以及离面方向的变形测量。此系统的缺点是由于采用多个CCD摄象机，且图像需要同步采集和位置匹配，系统复杂不容易产品化。

通过其它文献的查阅可以得出：基于激光电子散斑干涉技术的三维变形测量系统虽然能实现三维测量但不能实现瞬态测量。

发明内容

    本发明的目的在于针对已有技术中存在的缺陷，提供一种基于三色激光的瞬态三维变形测量系统，结构简单，操作方便，并能保证测量精度。

    为了达到上述目的，本发明的基本原理是：

一种基于三色激光的瞬态三维变形测量系统，如图1所示，它由光源组件，分光和传光组件，被测物体，彩色CCD摄像机和计算机组成。其中光源组件由红绿蓝三种波长的激光器组成，分光和传光系统组件由平面反射镜及透镜或光纤组成。其特征在于所述的红绿蓝三种波长的激光器分别与彩色CCD摄像机的三原色相对应，由三原色同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形分离，从而使本系统能同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形测量。

根据上述原理，本发明采用下述技术方案：

一种基于三色激光的瞬态三维变形测量系统，由光源组件、分光和传光组件、被测物体、彩色CCD摄像机和计算机组成，其中光源组件由红绿蓝三种波长的激光器组成，分光和传光组件由平面反射镜及透镜或光纤组成，其特征在于所述的红绿蓝三种波长的激光器分别与彩色CCD摄像机的三原色相对应，该激光器出射光束经分光和传光组件，向被测物体分别出射面内垂直变形测量光束、面内水平变形测量光束和离面变形测量光束，由三原色同时实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形分离，然后由彩色CCD摄像机采集记录，送入计算机。

所述三个激光器波长取值范围分别为450-470nm、540-550nm和630-650nm。