[发明专利]多功能三维位移和形貌激光干涉测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种构件变形和位移测试的三维位移和形貌激光干涉测量系统，属于光测力学、形貌测量、工程材料、构件变形和位移测试技术等领域。

背景技术

数字全息(DH)测量方法相对于其它光学干涉的测量方法有很多的优点，能够进行物体相位分析，及相位物质的显微结构分析；能利用其优良的相位分析可对相位物质进行动态分析等，具有测量装置简单、非入侵及动态测量的特点。经常用于微机电系统(MEMS)器件、空间微观粒子成像和跟踪、生物样本的变形或空间位置测量。数字全息测量方法其分辨率主要由系统结构来决定。

电子散斑干涉技术(ESPI)利用激光散斑效应，用被测物体在受激光照射后产生干涉散斑场的相关条纹来检测双光束波前之间的相位变化。三维相移电子散斑干涉技术是电子散斑干涉技术给合相移技术向三维、高精度和自动化方向的发展，具有灵敏度高、可同时获得全场三维位移、非接触等优点。

目前现有的技术中应用的位移及形貌测量的激光干涉测量系统多属于在实验台上临时搭建的组装结构，无法适用于更加复杂的现场及要求。针对这种情况，国内外已推出一些便携式商用激光干涉测量系统包括显微数字全息装置及电子散斑干涉仪。比较著名的数字全息装置国外有瑞士的Lynceetec公司推出了DHM-1000数字显微全息，国内有上海大学的“数字全息显微测量装置”(专利号：200610117319.8)，中国科学院上海光学精密机械研究所的大视场数字全息成像装置(专利号：200240082611.7)；比较著名的电子散斑干涉仪器国内有包括中国科技大学研制的电子散斑干涉仪和西安交通大学研制的多功能数字散斑干涉仪，中国船舶重工集团公司第七一一研究所的一种三维电子散斑干涉仪(专利号：200610024276.0)等。这几种干涉仪均配有摄像机和图像卡，采集到图像由计算机进行数据处理。但是，国内的数字显微全息仪器其应用的场合不多，实现透明显微物体轮廓测量检测，透明显微物体的形态变化，电子散斑干涉仪一般只是对平面或离面位移等的测量。由于数字全息方法和电子散斑方法的局限性，它们各自测量时均只能测量物体的形貌或形变，该系统在已有的三维电子散斑系统的基础上进行了较大的改进以适应数字全息的测量环境，能够实时地测量物体的形貌和形变。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能三维位移和形貌激光干涉测量系统，即可实现物体表面三维位移场(面内位移u，v和离面位移w)的实时测量，又可实现三维形貌测量的目的，同时具有灵敏度高，结构紧凑的优点。

本发明的技术方案如下：

一种多功能三维位移和形貌激光干涉测量系统，含有激光器1，图像采集拍摄系统3，六维支架调节系统5，分光开关6，放置试件的加载装置台7以及计算机8，其特征在于：该所述的多功能三维位移和形貌激光干涉测量系统还包括三维干涉光路系统4和分光耦合器2，所述的三维干涉光路系统包括场镜18、准直镜20、分光棱镜21和成像透镜22；所述的分光耦合器将激光发出的光分为参考光和物光，参考光通过准直镜20，再经过分光棱镜21入射到场镜18上，通过成像透镜22到达图像采集摄像系统3；所述的分光开关6将物光分为第一通道13、第二通道14、第三通道15和第四通道16，所述的计算机8通过控制线与分光开关相连接，来控制通道的开关，且每次只开通一个通道；四个通道分别与固定在套筒12上的平移台17上的四个扩束器11相连，且四个扩束器呈90度均匀分布；物光通过第一通道13到达扩束器11，通过扩束器照射到试件表面，反射光通过套筒12到达分光棱镜21，再经过场镜18和成像透镜22到达图像采集摄像系统3；所述的图像采集摄像系统通过数据线与计算机8相连，所述的六维调节系统与套筒12相连。

本发明的技术特征还在于：所述的三维干涉光路系统4中还含有压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器通过直流稳压电源9与计算机相连。

本发明的又一技术特征在于：所述的三维干涉光路系统3中的成像透镜22、场镜18、压电陶瓷驱动器19、准直镜20和分光棱镜21被封装在一个暗箱内。