[发明专利]基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离面位移测量技术，具体来说，涉及基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置及测量方法。

背景技术

一直以来，工业领域中的离面位移测量很大一部分采用的是以位移计为代表的传统的接触式测量技术。然而这些测量技术大多是单点式检测，难以得到全场的变形分布，即使采用快速扫描的方法也要面临逐点测量使得检测时间相对较长，很难做到多个检测点状态同步的问题。另外，接触式测量在一定程度上阻碍了样品表面的变形，且易对样品表面造成损伤，使传统的接触式测量技术在越来越多的新材料检测领域不能被接受。结构光投影等非接触式三角测量技术以其相对复杂的标定和有限的精度而受限于高精度测量，普通的激光电子散斑干涉离面位移测量技术则因为较高的隔振与环境要求而难以应用于工业领域中的检测。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置及测量方法，使用该测量装置进行光学离面位移场测量时，可以使得被测样品表面无损、全场测量、分辨率高、测量结果稳定、且便于现场测量。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置，该测量装置包括设有镜头、光圈调节装置和聚焦调节装置的摄像机、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第三半透半反镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、压电陶瓷器、电压控制器和计算机；其中，

第一半透半反镜的第一侧面与摄像机的镜头相对；第一半透半反镜的第二侧面与第二半透半反镜的第四侧面相对，第一半透半反镜的第三侧面与第三半透半反镜的第一侧面相对，第一半透半反镜的第一侧面和第一半透半反镜的第三侧面为第一半透半反镜相对的两个侧面，第一半透半反镜的反射面的一个端部位于第一半透半反镜的第三侧面和第一半透半反镜的第二侧面连接处，第一半透半反镜的反射面的另一个端部位于第一半透半反镜的第一侧面和第一半透半反镜的第四侧面连接处；

第二半透半反镜的第二侧面与第二反射镜相对，第二反射镜与第二半透半反镜之间设有第二开关，第二半透半反镜的第一侧面与第一反射镜相对，第一反射镜与第二半透半反镜之间设有第一开关；第二半透半反镜的第四侧面和第二半透半反镜的第二侧面为第二半透半反镜相对的两个侧面；第二半透半反镜的反射面的一个端部位于第二半透半反镜的第三侧面和第二半透半反镜的第四侧面连接处，第二半透半反镜的反射面的另一个端部位于第二半透半反镜的第一侧面和第二半透半反镜的第二侧面连接处；

第三半透半反镜的第三侧面与第三反射镜相对，第三半透半反镜的第一侧面和第三半透半反镜的第三侧面为第三半透半反镜相对的两个侧面，第三反射镜背离第三半透半反镜的一面设有压电陶瓷器，压电陶瓷器与电压控制器通过导线连接，电压控制器与计算机连接，摄像机与计算机连接。

一种基于剪切散斑干涉的光学离面位移场测量装置的测量方法，该测量方法包括以下步骤：

步骤1.调试测试装置：放置被测样品，使被测样品与第一半透半反镜的第四侧面对准，然后用激光照明被测样品表面，分别切换到图像的x方向和y方向两个剪切方向，并标定x方向和y方向两个剪切方向的剪切量，其中，x方向为水平方向，y方向为竖直方向；

步骤2.在被测样品发生变形前，采集相移图：在被测样品发生变形前，分别切换到x方向和y方向两个剪切方向，利用电压控制器产生相移，并采集相移图；

步骤3.在被测样品发生变形后，采集相移图：对被测样品加载，使被测样品产生离面位移，然后分别切换到x方向和y方向两个剪切方向，利用电压控制器产生相移，并采集相移图；

步骤4.测量离面位移梯度场：根据步骤2和步骤3采集到的相移图，利用相移算法测算出沿x方向和y方向的离面位移梯度场；

步骤5.测量出离面位移场：在沿x方向的剪切方向的离面位移梯度场中选取积分初始点，沿x方向积分出一条离面位移曲线，然后以此曲线上的每一点为积分初值点沿y方向进行积分，进而测量出离面位移场；或者在沿y剪切方向的离面位移梯度场中选取积分初始点，沿y方向积分出一条离面位移曲线，然后以此曲线上的每一点为积分初值点沿x方向进行积分，进而测量出离面位移场。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）被测样品表面无损。与工业领域中以位移计为代表的传统的接触式测量技术相比，本发明采用是光学测量技术，不需要与被测样品表面接触，因而对被测样品的表面没有损伤，也不会阻止其变形。