[發明專利]面內位移和離面位移同時測量的激光散斑測量裝置和方法

無效

• 申請號: 201110324736.0
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102506716A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李新忠;臺玉萍;鞏曉陽;王曉飛;呂世杰;杜錦屏;李立本
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 苗強

1.面內位移和離面位移同時測量的激光散斑測量裝置，其特征在于：設有連續波激光器（100），在該連續波激光器（100）的光束前進方向依次設有準直擴束器（110）、偏振分束器Ⅰ（121）；經偏振分束器Ⅰ（121）后，激光束分為透射光Ⅰ和反射光Ⅰ，反射光Ⅰ與透射光Ⅰ成90°夾角，反射光Ⅰ作為物光束Ⅰ直接照射在被測物體（200）上；透射光Ⅰ前進后照射在偏振分束器Ⅱ（122）上，透射光Ⅰ又被分為透射光Ⅱ和反射光Ⅱ；透射光Ⅱ前進后照射在反射鏡Ⅰ（131）上，偏折90°后照射在反射鏡Ⅱ（132）上，然后，再偏折90°后作為物光束Ⅱ照射在被測物體（200）上；反射光Ⅱ照射在反射鏡Ⅲ（133）上，被反射后垂直照射在偏振分束器Ⅳ（124）上，經偏振分束器Ⅳ（124）后分為透射光Ⅴ和反射光Ⅴ，反射光Ⅴ作為參考光；

所述的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ以相同的入射角對稱照射在被測物體（200）上；

所述的照射在被測物體（200）上的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ經被測物體散射后，散射光照射在會聚透鏡（140）上，會聚后又照射在偏振分束器Ⅲ（123）上，散射光經偏振分束器Ⅲ（123）后分為透射光Ⅲ和反射光Ⅲ，反射光Ⅲ作為成像光束Ⅰ，進入CCD相機Ⅰ（151）成像，然后存儲進計算機（300）；透射光Ⅲ照射在偏振分束器Ⅳ（124）上，經偏振分束器Ⅳ（124）后分為透射光Ⅳ和反射光Ⅳ；透射光Ⅳ和參考光一起進入CCD相機Ⅱ（152）成像，然后存儲進計算機（300）。

2.一種面內位移和離面位移同時測量的激光散斑測量裝置的測量方法，其特征在于：

（1）、用CCD相機Ⅰ（151）記錄下被測物體在變形前和變形后的散斑場，利用面內位移的激光散斑干涉測量原理，通過計算得到被測物體的面內位移信息；

（2）、同時，用CCD相機Ⅱ（152）記錄下被測物體在變形前和變形后的散斑場，利用離面位移的激光散斑干涉測量原理，通過計算得到被測物體的離面位移信息。

3.根據權利要求2所述的一種面內位移和離面位移同時測量的激光散斑測量裝置的測量方法，其特征在于：具體步驟如下：

（1）、將連續波激光器（100）、準直擴束器（110）、偏振分束器Ⅰ（121）、偏振分束器Ⅱ（122）、偏振分束器Ⅲ（123）、偏振分束器Ⅳ（124）、反射鏡Ⅰ（131）、反射鏡Ⅱ（132）、反射鏡Ⅲ（133）、會聚透鏡（140）、CCD相機Ⅰ（151）、CCD相機Ⅱ（152）和計算機（300）根據測量光路布置好；

（2）、打開連續波激光器（100）的電源，連續波激光器發出激光束，物光束Ⅰ和物光束Ⅱ以相等的入射角對稱的照射在被測物體上，利用CCD相機Ⅰ（151）記錄下被測物體變形前的面內位移散斑場I₁，存儲進計算機；

（3）、同時，利用CCD相機Ⅱ（152）記錄下被測物體變形前透射光Ⅳ和參考光相互干涉形成的離面位移散斑場????????????????????????????????????????????????，然后存儲進計算機；

（4）、被測物體變形后，利用CCD相機Ⅰ（151）記錄下變形后的面內位移散斑場I₂，存儲進計算機；

（5）、同時，利用CCD相機Ⅱ（152）記錄下被測物體變形后的離面位移散斑場，存儲進計算機；

（6）、然后，利用公式，對被測物體200變形前獲得的面內位移散斑場Ⅰ₁和被測物體200變形后的面內位移散斑場Ⅰ₂進行處理，得到面內位移條紋分布圖；其中，Ⅰ₀₁和Ⅰ₀₂分別對應于物光束Ⅰ和物光束Ⅱ的強度分布，為物光束Ⅰ和物光束Ⅱ間的初相位差，為因被測物體200變形而引起的物光束Ⅰ和物光束Ⅱ間的附加相位差，為被測物體200表面沿測量方向的面內位移分量，λ為測試激光波長，θ為物光束Ⅰ和物光束Ⅱ的入射角；

（7）、對面內位移條紋分布圖進行分析，暗條紋時，利用式進行計算，亮條紋時，利用式進行計算，其中n為條紋級數；獲得被測物體200變形后的面內位移分布；

（8）、同時，利用公式，對被測物體200變形前獲得的離面位移散斑場和被測物體200變形后的離面位移散斑場進行處理，得到離面位移條紋分布圖；其中，Ⅰ_o和Ⅰ_r分別對應于透射光Ⅳ和參考光的強度分布，為透射光Ⅳ和參考光間的初相位差，為因被測物體200變形而引起的透射光Ⅳ和參考光間的附加相位差，為被測物體200形變的離面位移分量，λ為測試激光波長；

（9）、對離面位移條紋分布圖進行分析，暗條紋時，利用式進行計算，亮條紋時，利用式進行計算，其中n為條紋級數；獲得被測物體200變形后的離面位移分布；

（10）、最終，通過一次布置光路，同時實現了對被測物體200面內位移和離面位移（，）的測量。