[发明专利]一种三维云纹干涉仪及材料表面测量方法

摘要

本发明公开了一种三维云纹干涉仪及材料表面测量方法。本发明在现有技术能够测量试件的形变在U、V形成的位移的基础上，引入分光棱镜以及带有PZT相移器的全反射镜，能够实现试件三维变形的测量，从而提高测量范围。在测量中全反射镜M1、M2、K1、K2以及输出全反射镜组成V场云纹测量镜组，全反射镜M1＇、M2＇、K1＇、K2＇以及输出全反射镜组成U场云纹测量镜组，分光棱镜、全反射镜M3组成W场云纹测量镜组，同时引入准直光校验器完成准直光的获取，完成试件三维变形的测量。

主权项

一种三维云纹干涉仪，包括：光源(1)、光路提升机构(2)、扩束器、三维云纹仪本体(4)、试件平台(5)、相位及其控制系统(6)、图像采集及处理系统(8)；其特征在于，三维云纹仪本体(4)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(1)发出的激光经光路提升机构(2)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(4)；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；分光棱镜和输出全反射镜位于全反射镜M1、M1＇、M2、M2＇、K1、K1＇、K2、K2＇的后面，其中心位于非球面镜的中心光轴上，但非同时使用，输出全反射镜、分光棱镜的斜面与水平方向成45°角放置；分光棱镜和输出全反射镜正上方放置全反射镜M3，水平放置；分光棱镜和输出全反射镜正下方放置成像屏，水平放置；全反射镜M1、M2、K1、K2以及输出全反射镜组成V场云纹测量镜组，全反射镜M1＇、M2＇、K1＇、K2＇以及输出全反射镜组成U场云纹测量镜组，分光棱镜、全反射镜M3组成W场云纹测量镜组；分光棱镜和输出全反射镜后方放置试件平台(5)，试件平台(5)竖直放置，与非球面镜中心光轴垂直，将光栅转移在被测材料表面，形成光栅试件置于试件平台(5)上，图像采集与处理系统(8)从成像屏上采集干涉条纹图像并进行处理；所述相位及其控制系统(6)由相移器驱动电源及3个PZT相移器构成，3个相移器分别设在全反射镜M3、K1、K1＇上，用于对反射光进行相移；针对每个需要角度调节的全反射镜，设置角度调节组件，包括：全反射镜固定框(9)、带有刻度的转盘(10)、蜗轮(11)和蜗杆(12)；蜗轮(11)和蜗杆(12)组成垂直转动元件，带有刻度的转盘(10)固定在蜗轮(11)上，全反射镜固定框(9)固定在带有刻度的转盘(10)上，需要调节的全反射镜固定全反射镜固定框(9)上。