[发明专利]一种测量物体离面与面内位移的激光散斑装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种测量物体离面与面内位移的激光散斑装置及测量方法，其中，所述装置以激光器为光源，利用准直扩束器、分束器、聚焦镜和全反射镜等光学器件构成面内位移与离面位移综合测量光学系统，同时，通过温度控制装置、显示装置和加热片，可自动改变被测物体的环境温度，可同时测试相同物体或不同物体面内位移与离面位移，另外，新型的面内位移样品架与离面位移样品架进一步扩展了测试样品的范围。本发明具有智能、精密、实时监测、应用范围广、灵活方便、综合性强的特点，适用于在工业、农业、林业、生物医学等诸多领域中广泛应用。

技术领域

本发明涉及一种激光散斑装置，特别涉及同时测量物体在不同温度与不同压力下离面位移与面内位移的激光散斑装置及测量方法，适用于在工业、农业、林业、生物医学等诸多领域中广泛应用。

背景技术

激光散斑测量是光学测量领域中最主要的测量方法之一，由于其具有快速、实时、精度高、无损检测、全场非接触、灵敏度高、结构简单等优点而被广泛应用于物体形貌、形变测量、损伤探测等领域。目前，激光散斑法测量物体形变、轮廓与微小位移测量大多数集中在物体面内位移与物体离面位移常温下单独测量方面，如：一种快速激光散斑血流成像系统和方法(专利申请号：CN201310234441.3)中采用激光器、激光扩束器、平面镜、毛玻璃、步进电机应用面内散斑位移原理实现了常温下血流散斑成像计算与分析；专利一种外差式时间序列散斑干涉测量物体变形的方法(专利申请号：CN201010101252.5)中利用激光散斑干涉法测量了物体离面位移，可见，上述对比文件中无论哪一种，都是提供了独自测量物体面内位移和离面位移的方法，应用范围十分有限；专利面内位移和离面位移同时测量的物体离面与面内位移的激光散斑测量装置和方法(专利申请号：CN201110324736.0)中利用不同偏振激光实现了单一环境条件下被测物体面内位移与离面位移的同时测定，测量物体信息较为全面，但是该实验装置结构较为复杂，光学元件较多，成像光路位于两入射光线中间，根据反射定理，成像装置收集到的物体信息较弱，同时，该装置只能对一件物体进行离面位移与面内位移进行测量。可见，上述激光散斑测量物体微小位移方案中均没有考虑环境变化等因素的影响。在前期专利申请中，多功能智能型激光散斑干涉测量装置及方法(CN201310010128.1)和一种实时监控变温变压型激光散斑测量系统(专利申请号：CN201410025902.0)提供了不同环境温度和压力条件下物体微小离面位移测量的方式与方法，拓展了激光散斑不同环境条件下的应用，该两项专利中均没有关于考虑物体面内位移的变化情况，而且，前者的测量对象是导磁导电材料，形状为规则的正方体、长方体、圆柱体等物体，加热系统为电涡流加热，应用研究对象十分有限，后者的物品架规则但部件较多，较为繁琐，加热方式为水泥电阻四周加热物体，受热不均匀，温度传感器为热电偶温度传感系统，体积较大。因此，根据实际需求与激光散斑测量物体微小位移发展现状，开发设计此同时测量物体离面位移与面内位移的新型智能激光散斑系统有着重要的实际应用价值。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种测量物体离面与面内位移的激光散斑装置及测量方法，以解决和弥补目前现有激光散斑装置与技术中测量内容单一、测量物品形状受限、材料受限，物体受热温度不均匀等缺陷，实现对更多不同材料和不同形状的物体在不同条件下的离面位移与面内位移测量。

本发明一方面提供了一种测量物体离面与面内位移的激光散斑装置，包括激光器，激光器的水平光路上依次设置有准直扩束器、第一分束器、第二分束器、离面位移样本和离面位移样本架以及第一加热片、第一温度控制装置与第一温度显示装置；与所述水平光路垂直的竖直光路上面向第一分束器的一面依次设置有面内位移样本和面内位移样本架以及第二加热片、第二温度控制装置与第二温度显示装置、第一聚焦镜、第一成像设备和第一显示系统；与所述水平光路垂直的竖直光路上面向第二分束器的一面依次设置有第二聚焦镜、第二成像设备和第二显示系统，背向第二分束器的一面设置有全反射镜；其中：

所述准直扩束器所有通光面均镀有600nm-800nm高透膜(HT>99.5％)；