[發明專利]基于三色激光的瞬態三維變形測量系統

有效

• 申請號: 201110332814.1
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102506735A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 于瀛潔;孫流星;劉祎慶;唐智
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

????本發明涉及光學三維變形測量系統，特別是一種基于三色激光的瞬態三維變形測量系統。

背景技術

????隨著工業的發展，人們對材料受力后產生的變形、應力、應變等性能參數的研究和應用要求不斷提高。從過去的只能應用于物體單點測量的金屬應力量表到可以測量物體較大區域的散斑技術，在變形測量技術方面得到了很大的進步。利用散斑技術對物體進行兩維或三維的變形測量的硬件系統和變形處理等算法處理方面已經有不少的方法。

?????在專利“Method?and?apparatus?for?determining?deformation?and?elongation?on?curved?bodies”（專利號：US?6188483?B1）中，利用一個激光器提供光源，將兩個雙光束電子散班干涉系統和一個離面變形檢測系統結合到一個系統中，分別依靠出射的四束激光束完成面內變形檢測，并利用四束激光中的一束和另一束光束構成離面變形檢測系統。將變形前后獲得的電子散斑圖運用直接相減算法進行處理后，得到三維變形數據。此系統的缺點是不能同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形測量，對測量環境要求嚴格，而且，利用一個激光光源采用分立的元件進行分光、傳光，光學器件繁多。

?????在專利“基于旋轉Y型光纖的三維變形測量系統”（專利號：ZL?2007?1?0038728.3）中，通過光纖的空間位置旋轉控制，來實現物體面內豎直方向，水平方向以及離面方向的變形測量。此系統的缺點是不能同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形測量。

?????在專利“基于分束光纖的三維變形測量系統”?（專利號：ZL?2007?0038782.8）?中，通過光纖出口端的遮擋開關的選擇，來實現物體面內豎直方向，水平方向以及離面方向的變形測量。此系統的缺點是不能同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形測量。

在文獻“Three-wavelength?electronic?speckle?pattern?interferometry?with?the?Fourier-transform?method?for?simultaneous?measurement?of?microstructure-scale?deformations?in?three?dimensions”（Applied?Optics,Vol.45,?Issue14,pp.3218-3225?(2006)）是通過三個CCD攝象機同時采集來實現物體面內豎直方向，水平方向以及離面方向的變形測量。此系統的缺點是由于采用多個CCD攝象機，且圖像需要同步采集和位置匹配，系統復雜不容易產品化。

通過其它文獻的查閱可以得出：基于激光電子散斑干涉技術的三維變形測量系統雖然能實現三維測量但不能實現瞬態測量。

發明內容

????本發明的目的在于針對已有技術中存在的缺陷，提供一種基于三色激光的瞬態三維變形測量系統，結構簡單，操作方便，并能保證測量精度。

????為了達到上述目的，本發明的基本原理是：

一種基于三色激光的瞬態三維變形測量系統，如圖1所示，它由光源組件，分光和傳光組件，被測物體，彩色CCD攝像機和計算機組成。其中光源組件由紅綠藍三種波長的激光器組成，分光和傳光系統組件由平面反射鏡及透鏡或光纖組成。其特征在于所述的紅綠藍三種波長的激光器分別與彩色CCD攝像機的三原色相對應，由三原色同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形分離，從而使本系統能同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形測量。

根據上述原理，本發明采用下述技術方案：

一種基于三色激光的瞬態三維變形測量系統，由光源組件、分光和傳光組件、被測物體、彩色CCD攝像機和計算機組成，其中光源組件由紅綠藍三種波長的激光器組成，分光和傳光組件由平面反射鏡及透鏡或光纖組成，其特征在于所述的紅綠藍三種波長的激光器分別與彩色CCD攝像機的三原色相對應，該激光器出射光束經分光和傳光組件，向被測物體分別出射面內垂直變形測量光束、面內水平變形測量光束和離面變形測量光束，由三原色同時實現物體面內豎直方向、水平方向以及離面方向的變形分離，然后由彩色CCD攝像機采集記錄，送入計算機。

所述三個激光器波長取值范圍分別為450-470nm、540-550nm和630-650nm。