激光光弹仪制造技术

一种光测弹性力学技术领域的激光光弹仪，包括依次设置于直线位移机构上的激光器、光源处理组件、光测弹性组件和成像组件；激光器，发出激光光束；光源处理组件，包括依次设置的扩束镜、准直透镜和磨砂玻璃，对激光光束进行扩束、准直和消斑处理；光测弹性组件，接收经光源处理组件处理后的激光光束，以产生一成像光束；成像组件，接收所述成像光束以转换为一电信号；以及计算控制系统，采集所述电信号以获得一数字信号。本发明专利技术采用激光作为光源，同时对光弹仪中各部件进行结构改进，提高了测试过程的灵活性。

Laser photoelastic apparatus

A laser photoelastic instrument in the field of photoelastic mechanics, which consists of lasers, light source processing components, photoelastic components and imaging components arranged in a linear displacement mechanism, lasers, laser beams, and light source processing components, which include sequentially set expander mirrors, collimation lenses, and grind glass. The beam carries out the beam expansion, collimation and speckle elimination; the photoelastic component receives the laser beam processed by the light source processing component to produce an imaging beam; the imaging component receives the imaging beam to be converted into an electric signal; and the calculation control system is used to collect the electrical signals to obtain a digital signal. The invention adopts a laser as a light source, and improves the structure of each component in the photoelastic apparatus at the same time, which improves the flexibility of the testing process.

【技术实现步骤摘要】
激光光弹仪
本专利技术涉及的是一种光测弹性力学领域的技术，具体是一种激光光弹仪。
技术介绍
当前光弹仪主要采用钠光光源或者LED光源，亮度低，成像效果不理想，光弹条纹级数多为10级左右，如图5a所示，对于试件中的应力状态计算精度不高。虽然有将激光作为光源的研究，但是激光存在亮度过于集中且光斑干扰严重等问题。经扩束准直亦无法完全消除光斑的影响，使得激光光源的使用仅仅停留在理论研究层面。同时传统光弹仪的结构灵活性低，偏振片、玻片的安装固定，在使用过程中很难根据实际工况及时进行调整，造成实验周期加长，成本增加。另外传统光弹仪的控制方式单一，大多数部件功能的控制均通过手动完成，如偏振片与玻片的旋转、压力加载、图像采集、图像分析等，目前市场上没有合适的解决方案实现光弹性实验的自动化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提出了一种激光光弹仪，采用激光作为光源，同时对光弹仪中各部件进行结构改进，提高了测试过程的灵活性。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括依次设置于直线位移机构上的激光器、光源处理组件、光测弹性组件和成像组件；激光器，发出激光光束；光源处理组件，包括依次设置的扩束镜、准直透镜和磨砂玻璃，对激光光束进行扩束、准直和消斑处理；光测弹性组件，接收经光源处理组件处理后的激光光束，以产生一成像光束；成像组件，接收所述成像光束以转换为一电信号；以及计算控制系统，采集所述电信号以获得一数字信号；所述光测弹性组件包括依次设置的第一偏振片、第一1/4玻片、加载机构、第二1/4玻片和第二偏振片；所述第一偏振片、第一1/4玻片、第二1/4玻片和第二偏振片均设有独立控制的旋转驱动机构。所述各旋转驱动机构均包括：第一伺服电机、蜗杆、蜗轮和齿圈，其中，第一伺服电机通过联轴器与蜗杆相连，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮上固定有同轴设置的齿轮，齿轮与齿圈外啮合，第一偏振片、第一1/4玻片、第二1/4玻片或第二偏振片安装在齿圈内侧；所述各第一伺服电机与计算控制系统电连接并接收脉冲数量及频率控制信号，以控制各齿圈旋转角度。所述加载机构包括：第二伺服电机、蜗轮减速机、螺纹连杆和螺纹套杆，其中，第二伺服电机与蜗轮减速机相连，蜗轮减速机的输出端设有螺纹连杆，螺纹连杆套设有螺纹套杆，螺纹连杆上加工有沟槽，沟槽中设有销钉，通过销钉在沟槽中滑动限制螺纹套杆的轴向旋转使得螺纹套杆上下移动；所述第二伺服电机与计算控制系统电连接，接收脉冲数量控制信号并通过蜗轮减速机、螺纹连杆和螺纹套杆转化为直线载荷。所述加载机构还设有压力传感器，压力传感器与试件的支撑杆相连；所述压力传感器与计算控制系统电连接并输出压力电信号。所述成像组件包括前后依次设置的视场透镜和单反相机。所述计算控制系统包括计算机和与之相连的测试控制器，所述计算机与单反相机电连接并接收电信号图像信息，所述测试控制器与计算机电连接并接收计算机的测试参数电信号，所述测试控制器与光测弹性组件电连接并输出伺服电机控制信息、与激光器电连接并输出激光功率控制信息。所述磨砂玻璃在入射光侧磨砂处理、在出射光侧抛光处理；优选地，磨砂精度为1000～1400目，抛光后表面光洁度为60-40。优选地，所述直线位移机构为导轨、采用分段式结构；各段均设置在升降底座上，方便进行水平高度的调整，保持各组件的水平高度一致。技术效果与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：1)通过对激光光束进行扩束、准直和消斑处理，可大幅提高成像效果，光弹条纹级数可达30级，如图5b所示，大大提高了利用光弹性原理进行试件应力检测的分辨率和精度；2)光测弹性组件中各伺服电机独立控制，可以匹配不同的算法进行光弹性测试，通用性强，同时各伺服电机通过计算机参数的设定统一调配，高度自动化，节省了测试成本；另一方面伺服电机采用闭环控制，控制精度高，避免了采用步进电机驱动造成的在运动过程中丢步的现象；3)将所有组件可移动的安装在分段设置的导轨上，便于使用不同焦距相机或对不同大小的试件进行测试；便于调整各个装置之间的相对位置，有助于提高光弹性实验效率。附图说明图1为实施例1的整体结构示意图；图2为实施例1中计算控制系统示意图；图3a为实施例1中旋转机构正视图；图3b为实施例1中旋转机构侧视图；图4为实施例1中加载机构示意图；图5a为现有技术以激光作为光源得到的光弹性条纹图；图5b为本专利技术以激光作为光源得到的光弹性条纹图；图6a为实施例1在主应力方向为10°时得到的光弹性等倾线条纹图；图6b为实施例1在主应力方向为20°时得到的光弹性等倾线条纹图；图6c为实施例1在主应力方向为30°时得到的光弹性等倾线条纹图；图6d为实施例1在主应力方向为45°时得到的光弹性等倾线条纹图；图6e为实施例1在主应力方向为60°时得到的光弹性等倾线条纹图；图7为实施例1的全场剪应力云图；图8为实施例1的全场主应力迹线图；图中：激光器1、扩束镜2、准直透镜3、磨砂玻璃4、第一偏振片5、第一1/4玻片6、旋转驱动机构7、加载机构8、第二1/4玻片9、第二偏振片10、视场透镜11、单反相机12、计算机13、测试控制器14、导轨15、升降底座16、试件17、第一伺服电机71、蜗杆72、蜗轮73、齿轮74、齿圈75、第二伺服电机81、蜗轮减速机82、螺纹连杆83、螺纹套杆84、支撑杆85、压力传感器86。具体实施方式下面结合附图及具体实施方式对本专利技术进行详细描述。实施例1如图1和图2所示，本实施例包括依次设置于导轨15上的激光器1、光源处理组件、光测弹性组件和成像组件；激光器1，发出激光光束；光源处理组件，包括依次设置的扩束镜2、准直透镜3和磨砂玻璃4，对激光光束进行扩束、准直和消斑处理；光测弹性组件，接收经光源处理组件处理后的激光光束，以产生一成像光束；成像组件，接收所述成像光束以转换为一电信号；以及计算控制系统，采集所述电信号以获得一数字信号；所述光测弹性组件包括依次设置的第一偏振片5、第一1/4玻片6、加载机构8、第二1/4玻片9和第二偏振片10；所述第一偏振片5、第一1/4玻片6、第二1/4玻片9和第二偏振片10均设有独立控制的旋转驱动机构7。所述的磨砂玻璃4在入射光侧磨砂处理、在出射光侧抛光处理；优选地，磨砂精度为1000～1400目，抛光后表面光洁度为60-40。所述成像组件包括前后依次设置的视场透镜11和单反相机12。所述计算控制系统包括计算机13和与之相连的测试控制器14，所述计算机13与单反相机12电连接并接收电信号图像信息，所述测试控制器14与计算机13电连接并接收计算机13的测试参数电信号，所述测试控制器14与光测弹性组件电连接并输出控制信息、与激光器1电连接并输出激光功率控制信息。如图3a和图3b所示，所述旋转驱动机构7包括：第一伺服电机71、蜗杆72、蜗轮73和齿圈74，其中，第一伺服电机71通过联轴器与蜗杆72相连，蜗杆72与蜗轮73啮合，蜗轮73上固定有同轴设置的齿轮74，齿轮74与齿圈75外啮合，第一偏振片5、第一1/4玻片6、第二1/4玻片9或第二偏振片10安装在齿圈75内侧；所述各第一伺服电机71与测试控制器14电连接并接收脉冲数量及频率控制信号，以控制各齿圈75的旋转角度。如图4所示，所述加载机构8包括：第二伺服电机81、蜗轮减速机82、螺纹连杆83本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光光弹仪，其特征在于，包括依次设置于直线位移机构上的激光器、光源处理组件、光测弹性组件和成像组件；激光器，发出激光光束；光源处理组件，包括依次设置的扩束镜、准直透镜和磨砂玻璃，对激光光束进行扩束、准直和消斑处理；光测弹性组件，接收经光源处理组件处理后的激光光束，以产生一成像光束；成像组件，接收所述成像光束以转换为一电信号；以及计算控制系统，采集所述电信号以获得一数字信号；所述光测弹性组件包括依次设置的第一偏振片、第一1/4玻片、加载机构、第二1/4玻片和第二偏振片；所述第一偏振片、第一1/4玻片、第二1/4玻片和第二偏振片均设有独立控制的旋转驱动机构。

【技术特征摘要】
1.一种激光光弹仪，其特征在于，包括依次设置于直线位移机构上的激光器、光源处理组件、光测弹性组件和成像组件；激光器，发出激光光束；光源处理组件，包括依次设置的扩束镜、准直透镜和磨砂玻璃，对激光光束进行扩束、准直和消斑处理；光测弹性组件，接收经光源处理组件处理后的激光光束，以产生一成像光束；成像组件，接收所述成像光束以转换为一电信号；以及计算控制系统，采集所述电信号以获得一数字信号；所述光测弹性组件包括依次设置的第一偏振片、第一1/4玻片、加载机构、第二1/4玻片和第二偏振片；所述第一偏振片、第一1/4玻片、第二1/4玻片和第二偏振片均设有独立控制的旋转驱动机构。2.根据权利要求1所述的激光光弹仪，其特征是，所述各旋转驱动机构均包括：第一伺服电机、蜗杆、蜗轮和齿圈，其中，第一伺服电机通过联轴器与蜗杆相连，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮上固定有同轴设置的齿轮，齿轮与齿圈外啮合，第一偏振片、第一1/4玻片、第二1/4玻片或第二偏振片安装在齿圈内侧；所述各第一伺服电机与计算控制系统电连接并接收脉冲数量及频率控制信号，以控制各齿圈旋转角度。3.根据权利要求1所述的激光光弹仪，其特征是，所述加载机构包括：第二伺服电机、蜗轮减速机、螺纹连杆和螺纹套杆，其中，第二伺服电机与蜗轮减速机相连，蜗轮减速机的输出端设有螺纹连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹰，
申请(专利权)人：苏州利力升光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32