[发明专利]一种三维云纹干涉仪及材料表面测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种三维云纹干涉仪及材料表面测量方法。

背景技术

表面微观变形(微米级)是材料研究的难点。主要表现在：一、材料种类繁多，没有通用的表面微观变形的检测仪器；二、材料实际受载荷千变万化，还有可能是多种载荷的耦合情况，测量环境复杂；三、微米级测量要求精度高，对环境及测量仪器的灵敏度等也要求高。综合以上原因，使得表面微观变形测量测不准确甚至导致测量失败。

目前，材料表面微米级测量的实验方法主要有：电测法和光测法。电测法是在试件表面粘贴应变片，是一种接触式测量法，测量准确程度受环境影响较大，且为逐点测量，只有贴有应变片的位置才能获得测量数据。光侧法种类繁多，有数字相关法、电子散斑法、投影栅法、云纹法等。电测法是一种接触式测量法，在测量过程中，受到很多因素的限制，如高温、有毒有害环境，需测试件内部等，此类情况均不能使用电测法测量。光测法克服了电测法的缺点，是一种非接触测量法，理论上，光能照射到的地方均可以测量，相当于在被测试件表面粘贴无数的应变片，所以是一种全场测量技术。

云纹法作为光测法的一种测量方式，现有的云纹干涉技术或仪器均为面内测量仪器，只能测量试件表面以及平行于试件表面方向的变形，见现有技术[1](参见陆鹏,陈巨兵,张熹等.残余应力沿深度分布分析仪:中国,103033297A.2013-04-10。)，现有技术[2](参见陈巨兵,余征跃,张熹等.面内三方向云纹干涉仪:中国,1740738.2006-03-01.)。而实际测量试件多为三维物体，且受载多为空间载荷，因此对于试件表面变形测量仅限于面内测量已经不能满足工程实际需求了。因此，需要一种即能测量面内变形，又能测量垂直于试件表面的变形的云纹干涉仪。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种三维云纹干涉仪及其测量方法，相对于目前光测法本发明能够实现测量试件三维变形，从而提高测量范围。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种三维云纹干涉仪，包括：光源、光路提升机构、扩束器、三维云纹仪本体、试件平台、相位及其控制系统、图像采集及处理系统.

三维云纹仪本体包括非球面镜、全反射镜M₁、M₁＇、M₂、M₂＇、K₁、K₁＇、K₂、K₂＇、M₃、输出全反射镜、分光棱镜以及成像屏。

光源发出的激光经光路提升机构实现光路提升；提升后的光路到达扩束器实现扩束，形成锥形扩束光。

在扩束器后方放置三维云纹本体；其中扩束器的中心点与非球面镜的焦点重合，扩束光经过非球面镜形成准直光，全反射镜M₁、M₁＇、M₂、M₂＇、K₁、K₁＇、K₂、K₂＇布置在非球面镜后面，全反射镜M₁、M₁＇、M₂、M₂＇放置方向与水平成45°角，全反射镜M₁、M₂、M₁＇、M₂＇依次上下左右均匀布置第一圆周上，K₁、K₂、K₁＇、K₂＇全反射镜依次上下左右均匀布置在第二圆周上，第一圆周的圆周直径大于第二圆周的直径，第一圆周与第二圆周的圆心重合，且圆心过非球面镜的中心光轴，同时两个圆周所在的平面与非球面镜的中心光轴垂直；准直光到达全反射镜M₁、M₂被反射后形成两束光，并再次到全反射镜K₁、K₂上进行二次反射，形成两束对称光在光栅试件表面干涉；准直光到达全反射镜M₁＇、M₂＇被反射后形成两束光，并再次到全反射镜K₁＇、K₂＇上进行二次反射，形成两束对称光在光栅试件表面干涉。