[發(fā)明專利]一種三維云紋干涉儀及材料表面測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510056770.2
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104713489B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸鵬;張慶;劉張超;邱愛華;陳原偉;龔禮東;孫偉;周唯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團公司第七一一研究所
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 楊志兵,仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種三維云紋干涉儀及材料表面測量方法。

背景技術(shù)

表面微觀變形(微米級)是材料研究的難點。主要表現(xiàn)在：一、材料種類繁多，沒有通用的表面微觀變形的檢測儀器；二、材料實際受載荷千變?nèi)f化，還有可能是多種載荷的耦合情況，測量環(huán)境復(fù)雜；三、微米級測量要求精度高，對環(huán)境及測量儀器的靈敏度等也要求高。綜合以上原因，使得表面微觀變形測量測不準確甚至導(dǎo)致測量失敗。

目前，材料表面微米級測量的實驗方法主要有：電測法和光測法。電測法是在試件表面粘貼應(yīng)變片，是一種接觸式測量法，測量準確程度受環(huán)境影響較大，且為逐點測量，只有貼有應(yīng)變片的位置才能獲得測量數(shù)據(jù)。光側(cè)法種類繁多，有數(shù)字相關(guān)法、電子散斑法、投影柵法、云紋法等。電測法是一種接觸式測量法，在測量過程中，受到很多因素的限制，如高溫、有毒有害環(huán)境，需測試件內(nèi)部等，此類情況均不能使用電測法測量。光測法克服了電測法的缺點，是一種非接觸測量法，理論上，光能照射到的地方均可以測量，相當于在被測試件表面粘貼無數(shù)的應(yīng)變片，所以是一種全場測量技術(shù)。

云紋法作為光測法的一種測量方式，現(xiàn)有的云紋干涉技術(shù)或儀器均為面內(nèi)測量儀器，只能測量試件表面以及平行于試件表面方向的變形，見現(xiàn)有技術(shù)[1](參見陸鵬,陳巨兵,張熹等.殘余應(yīng)力沿深度分布分析儀:中國,103033297A.2013-04-10。)，現(xiàn)有技術(shù)[2](參見陳巨兵,余征躍,張熹等.面內(nèi)三方向云紋干涉儀:中國,1740738.2006-03-01.)。而實際測量試件多為三維物體，且受載多為空間載荷，因此對于試件表面變形測量僅限于面內(nèi)測量已經(jīng)不能滿足工程實際需求了。因此，需要一種即能測量面內(nèi)變形，又能測量垂直于試件表面的變形的云紋干涉儀。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種三維云紋干涉儀及其測量方法，相對于目前光測法本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)測量試件三維變形，從而提高測量范圍。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種三維云紋干涉儀，包括：光源、光路提升機構(gòu)、擴束器、三維云紋儀本體、試件平臺、相位及其控制系統(tǒng)、圖像采集及處理系統(tǒng).

三維云紋儀本體包括非球面鏡、全反射鏡M₁、M₁＇、M₂、M₂＇、K₁、K₁＇、K₂、K₂＇、M₃、輸出全反射鏡、分光棱鏡以及成像屏。

光源發(fā)出的激光經(jīng)光路提升機構(gòu)實現(xiàn)光路提升；提升后的光路到達擴束器實現(xiàn)擴束，形成錐形擴束光。

在擴束器后方放置三維云紋本體；其中擴束器的中心點與非球面鏡的焦點重合，擴束光經(jīng)過非球面鏡形成準直光，全反射鏡M₁、M₁＇、M₂、M₂＇、K₁、K₁＇、K₂、K₂＇布置在非球面鏡后面，全反射鏡M₁、M₁＇、M₂、M₂＇放置方向與水平成45°角，全反射鏡M₁、M₂、M₁＇、M₂＇依次上下左右均勻布置第一圓周上，K₁、K₂、K₁＇、K₂＇全反射鏡依次上下左右均勻布置在第二圓周上，第一圓周的圓周直徑大于第二圓周的直徑，第一圓周與第二圓周的圓心重合，且圓心過非球面鏡的中心光軸，同時兩個圓周所在的平面與非球面鏡的中心光軸垂直；準直光到達全反射鏡M₁、M₂被反射后形成兩束光，并再次到全反射鏡K₁、K₂上進行二次反射，形成兩束對稱光在光柵試件表面干涉；準直光到達全反射鏡M₁＇、M₂＇被反射后形成兩束光，并再次到全反射鏡K₁＇、K₂＇上進行二次反射，形成兩束對稱光在光柵試件表面干涉。