[发明专利]基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，其特征在于：包括高速相机(1)、激光器(2)、斩波器(7)，建立坐标系，其中z向为垂直于高速相机(1)的方向，指向高速相机(1)为正；x向为水平方向，y向由右手法则确定；原点为被测件(19)的表面中心，激光器(2)发出的光经分光镜A(3)分出光束A，后又经分光镜B(4)分出光束B，后又经分光镜C(5)分成光束C和光束D，其中，

光束A为x向和z向共用的测量光，后又经斩波器(7)、反光镜F(14)、反光镜G(15)、反光镜H(16)、反光镜I(17)、扩束镜C(18)投射到被测件(19)表面，经漫反射由高速相机(1)成像；

光束B为z向的测量光，后又经斩波器(7)、反光镜E(13)、反光镜C(11)、扩束镜B(10)投射到被测件(19)表面，经漫反射由高速相机(1)成像；

光束C为y向的测量光，后又经斩波器(7)、反光镜B(8)，投射到垂直方向，经水平光路分光后得到光束C投射到反光镜B(8)上，光束C由分光镜D(20)分为光束E和光束F，光束E经反光镜J(21)、扩束镜D(22)投射到被测件(19)表面；光束F经反光镜K(24)、扩束镜E(23)投射到被测件(19)表面； 两束光在被测件(19)表面形成散斑干涉，由高速相机(1)成像；

光束D为x向的测量光，后又经反光镜A(6)、斩波器(7)、反光镜D(12)、扩束镜A(9)投射到被测件(19)表面，经漫反射由高速相机(1)成像；

斩波器(7)通过电机带动圆形叶片绕中心轴旋转，5个出光口一组，每组间隔90°，且∠A2＝∠B2＝∠C2＝15°其中光束A为x向和z向的共用光束，经X1出光口出射；光束B为z向测量光束，经Z出光口出射；光束C为y向测量光束，经Y出光口出射；光束D为x向测量光束，经X2出光口出射。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，其特征在于：所述斩波器(7)电机的旋转速度设计为100r/s，则每秒400次循环测量，高速相机的采样速度为400×3＝1200fps。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，其特征在于：所述激光器(2)采用532nm的单纵膜Nd：YAG激光器。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置，其特征在于：高速相机(1)用于采集散斑图像。

5.一种应用如权利要求1所述的基于激光散斑干涉的振动试验三维变形测量装置的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：打开测量装置对被测试验件进行测量，从物体上返回的物光u₀和直接进入高速相机(1)的参考光u_r在高速相机(1)靶面上形成干涉散斑场，采集相邻两个瞬间的干涉散斑场，它们分别为I₁，I₂：

以上两式中，u代表光场的复振幅，I代表光强，则代表位相，各个下标相分别表示测量光o，参考光u_r，两幅干涉图的序号1,2，为物体反射光在两幅干涉图之间的位相变化；

S2：将采集到的两幅散斑图I₁，I₂相减得到含有由位相所调制的条纹图I_sub：

其中是散斑噪声项，在图像中表现为高频的斑点图样，而则代表了由物体瞬时运动导致的位相变化分布所调制出的条纹；

S3：使用条纹中心线法对此条纹图进行分析，提取出位相即完成测量。