专利名称：一种三维相移电子散斑干涉装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于物体变形三维位移分量检测的三维相移电子散斑干涉 装置，属于相移电子散斑干涉测量物体变形的技术领域。
背景技术：
随着计算机技术的高速发展，电子散斑干涉技术(ESPI)已成为全息散斑计量技 术当中具有实用价值的技术之一。传统的散斑干涉技术虽然也可以被应用于物体的静态和 动态测量，却没有ESPI操作简单、实用性强、自动化程度高等优点。尤其是在获取变形信息 时，尽管和二次曝光的相加技术实质相同，但是通过ESPI相减技术产生的条纹质量要好得
^^ ο散斑测量技术的发展方向决定了必须向三维测量发展。三维相移电子散斑干涉技 术是电子散斑干涉技术结合相移技术向三维、高精度和自动化方向的发展。采用大错位方 法测量三维位移，无需参考光束，因而可以使得所用的光学装置变得简单、所需激光器的相 干长度相对减小、对测量环境的隔震要求大大降低。由于这些独特的优点使大剪切散斑测 量技术成为一种有效实用的测量技术，并且在无损检测方面已经得到了工业界的广泛接受 与认可。常见的三维测量系统中除了包含有激光光源之外，必不可少的还要用到方解石材 质的渥拉斯顿棱镜以及偏振片，有时甚至还需要用到光纤进行分光束。为了增加干涉光的 强度，提高干涉条纹的质量，往往在实验当中，需要采用大分离角的渥拉斯顿棱镜。这势必 将带来实验成本的增加。另外，采用光纤进行分光束时，又会减弱干涉光的强度，降低干涉 条纹的质量。
发明内容本实用新型针对现有相移电子散斑测量三维位移分量技术的不足，提供一种能够 一次性测量得到物体变形三维位移分量的三维相移电子散斑干涉装置。本实用新型的三维相移电子散斑干涉装置采用以下技术方案该三维相移电子散斑干涉装置包括三个激光器、一个大错位方棱镜、相移器和摄 像头，每个激光器的前面均设置有一个扩束镜，大错位方棱镜设置在被测物的正前方，相移 器设置在被测物的一侧，摄像头设置在大错位方棱镜的出光方向上。摄像头和计算机连接， 以对图像进行处理。大错位方棱镜采用中国专利文献CN201364392公开的《一种实现电子散斑干涉的 大错位方棱镜》。本实用新型采用大错位方棱镜和三个激光器，对三个激光照明干涉场采用一个相 移器；结合相移算法，可以实现变形场三个位移分量的同时测量。具有光路简单，操作相对 方便，测量精度高的优点。
图1是本实用新型的三维相移电子散斑干涉装置结构原理示意图。图中1、第一激光器，2、第二激光器，3、第三激光器，4、大错位方棱镜，5、摄像头， 6、计算机，7、扩束镜，8、参考物，9、被测物。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的三维相移电子散斑干涉装置包括第一激光器1、第二激 光器2和第三激光器3三个激光器、大错位方棱镜4、摄像头5和计算机6。第一激光器1、 第二激光器2和第三激光器3的前面均设置有一个扩束镜7，摄像头5设置在大错位方棱镜 4的出光方向上，摄像头5和计算机6连接。干涉光束经摄像头5接入计算机6，通过数字 图像处理系统进行数据处理。激光光源为He-Ne激光器，光源波长为0. 6328 μ m。大错位方棱镜为中国专利文献CN201364392公开的《一种实现电子散斑干涉的大 错位方棱镜》，该大错位方棱镜由普通光学玻璃磨制的二个直角三角棱镜组成，其中一个直 角三角棱镜的斜面上镀有半透半反膜，这二个直角三角棱镜的斜面用光学胶粘合在一起形 成方棱镜，该方棱镜的一个反射面是磨去一个楔角α的斜面，α在1°到10°之间，方棱 镜的入射光所在的面和出射光所在的面镀有增透膜，两个反射面均镀有全反射膜。该大错 位方棱镜采用普通光学玻璃取代了现有技术中昂贵的方解石晶体，通过对普通光学玻璃制 备的方棱镜进行磨制实现了电子散斑干涉，结构简单，能够很好的控制分束角，获得的干涉 条纹质量好，容易实现干涉。通过选择α角度的大小，可以很好地控制两束出射光束之间 的夹角大小。从而很容易实现所需要的图像错位量。错位量的增大，还将会大大缩减摄像 头与被测物之间的距离，使得通过摄像头接收到的物光与参考光两干涉光束的光强增加， 进一步提高了干涉条纹的质量。另一方面，使用该大错位方棱镜，使得本装置中不再需要偏 振片，从而进一步增加了干涉光强，提高了干涉条纹的质量。参考物8被粘贴在压电陶瓷相移器(图中未画出)上，并放置在被测物9的一侧附 近，通过该相移器产生参考光并实现相移。物光和参考光通过大错位棱镜4产生干涉。选 取被测物9的中心轴线(表面法线)为ζ轴，建立三维坐标系xyz。将第一激光器1前面的 扩束镜和第二激光器2前面的扩束镜布置于χ轴上，且分布于ζ轴两侧位置。第三激光器 3前面的扩束镜则布置于y轴正半轴上。上述布局，使得分别位于第一激光器1、第二激光 器2和第三激光器3三者前方的三个扩束镜近似共面于xoy面。同时，三个激光器发出的 激光束与ζ轴(被测物9表面法线)分别成θ Α、θ B和θ e。在被测物9正前方的ζ轴上， 放置有大剪切方棱镜4，用于接收物光和参考光。两干涉光束经摄像头5接入计算机6，通 过数字图像处理系统进行数据处理。为了更具一般性，三个激光器距xyz坐标系原点0的距离是任意的。即三个激光 器的位置具有随意性。各个激光器光束的入射角度ΘΑ、Θ^由各个激光器前方各个 扩束镜相对于被测物体的坐标数值确定。令三个激光器分别照射被测物9，并记录下被测物9加载前、后三个激光器各自照 射时的散斑干涉图像。之后，利用PZT相移器做等四步相移并重复进行上述记录过程。把 各个激光器照射时做等四步相移时所得到的散斑干涉图像分别与各自加载前的散斑干涉 图像进行相减处理，分别得到各自对应的散斑干涉条纹图像。运用相移算法，进一步由散斑
4干涉条纹图像得到三个激光器分别照射时加载被测物9的位移相位图。然后，将上述三幅 位移相位图分别做解包络处理，即可得到三幅连续化分布的位移相位图，它们是面内位移 和离面位移的混合场。最后一步，利用三幅连续化分布的位移相位图求解出被加载试件的 三维位移分量，得到对应的u场、ν场和w场的条纹图。
权利要求一种三维相移电子散斑干涉装置，包括三个激光器、一个大错位方棱镜、相移器和摄像头，其特征是每个激光器的前面均设置有一个扩束镜，大错位方棱镜设置在被测物的正前方，相移器设置在被测物的一侧，摄像头设置在大错位方棱镜的出光方向上。
专利摘要本实用新型提供了一种三维相移电子散斑干涉装置，该三维相移电子散斑干涉装置包括三个激光器、一个大错位方棱镜、相移器和摄像头，每个激光器的前面均设置有一个扩束镜，大错位方棱镜设置在被测物的正前方，相移器设置在被测物的一侧，摄像头设置在大错位方棱镜的出光方向上。本实用新型采用大错位方棱镜和三个激光器，对三个激光照明干涉场采用一个相移器；三维变形散斑场同时实现相移，从而保证变形场三个位移分量的同时测量，一次性测量得到物体变形的三维位移分量，具有光路简单，操作方便，测量精度高的优点。
文档编号G01B11/02GK201697608SQ20102021171
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者刘娟, 孙平, 王兴海, 王锐, 范香菊, 高秀梅 申请人:山东师范大学