一种表面形貌与应变测量方法和装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种形貌与应变测量方法和装置，所述方法包括：搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路；根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，同步确定被测物沿两个不同剪切方向的表面斜率以及位移梯度；根据所述不同方向的表面斜率，确定所述被测物的表面形貌；根据所述位移梯度和表面形貌，确定被测物的应变分布。本申请实施例可以有效实现在单次测量中获得沿不同剪切方向的表面斜率，并最终获得表面形貌。同时还可以得到精确的应变分布。布。布。

【技术实现步骤摘要】
一种表面形貌与应变测量方法和装置


[0001]本申请涉及全场光测量
，尤其涉及一种形貌与应变测量方法和装置。

技术介绍

[0002]应变测量是评估材料和结构力学性能、预测服役寿命的重要途径，在工程力学领域十分重要。目前，数字剪切散斑干涉技术已成为一种有竞争力的全场应变测量工具，但是应用该技术测量曲面物体的应变分布时，需修正测量矢量方向与表面法线方向不一致所带来的测量误差，否则会存在明显的测量误差。
[0003]当前，通过结合光源移动、被测物旋转、变折射率、变波长等方法，数字剪切散斑干涉技术能够获得一维表面斜率，可以得到旋转对称的物体的表面形貌；但现有技术无法同时获得两个正交方向的表面斜率，因此不能得到具有任意形状的物体的表面形貌。此外，可以通过结合其它形貌测量技术，如结构光投影技术，来获得物体的表面形貌。但是这种集成技术的系统复杂、测量效率低下，且难以获得具有位置相关性的数据。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种形貌与应变测量方法和装置，用以解决在应变测量过程中同步测量表面形貌且基于形貌数据进行应变修正的问题。
[0005]本申请实施例提供了一种表面形貌测量方法，包括：
[0006]搭建基于光源移动的二维剪切散斑干涉光路；
[0007]根据所述二维剪切散斑干涉光路，同步确定被测物沿不同剪切方向的相位分布进而计算表面斜率；
[0008]根据所述两个方向上的斜率分布，确定所述被测物的表面形貌。
[0009]在一种可能的实现方式中，二维光源移动数字剪切散斑干涉装置包括：两个光束位置可移动的激光光源照明模块、一个二维剪切模块、一个成像模块。两个光束位置可移动的激光光源照明模块可使照明光束沿垂直光束传播方向平移，其移动量可控。
[0010]在一种可能的实现方式中，二维剪切模块的剪切量在x轴方向与y轴方向，用来同步引入被测物的两个方向上的剪切干涉图，根据剪切干涉图求取相位进而得到两个方向上的斜率分布。成像模块用来获取剪切干涉图。
[0011]在一种可能的实现方式中，两个光束位置可移动的激光光源照明模块中的激光器波长可以是相同的或不同的。激光器发出的准直光经过扩束后均匀地照射在被测区域。
[0012]在一种可能的实现方式中，两个光束位置可移动的激光光源可通过位移台、传动滑轨、光路切换等方式实现光束移动。
[0013]在一种可能的实现方式中，二维剪切模块可由分光棱镜与平面镜组成。在另一种可能的实现方式中，二维剪切模块可由一个特殊分光比的分光棱镜与一个普通分光棱镜和平面镜组成，分光棱镜将入射光分束并通过平面镜反射引入不同剪切方向的干涉图。在一些实现方式中，特殊分光比的分光棱镜可用于平衡不同光路中光束的光强。
[0014]在一种可能的实现方式中，二维剪切模块可由三个分光棱镜与平面镜组成，三个分光棱镜实现入射光的分束并平衡不同光路中光束的光强。通过平面镜与分光棱镜组合引入不同剪切方向的干涉图。
[0015]在一种可能的实现方式中，二维剪切模块可由二向色滤光片与平面镜组成。二向色滤光片可反射一定波长的光同时透射另一波长的光，二向色滤光片与平面镜分别通过两波长不同的激光束来引入不同剪切方向的干涉图。
[0016]在一种可能的实现方式中，成像模块可由成像镜头与黑白相机或彩色相机组成，成像模块用于采集剪切干涉图。
[0017]在一种可能的实现方式中，根据所述不同方向斜率分布与被测表面形貌的关系构建二维网络模型并求解方程组，确定被测物的形貌。
[0018]在另一方面，本申请实施例提供了一种应变测量方法，包括：
[0019]在二维光源移动数字剪切散斑干涉形貌测量光路的基础上搭建应变测量光路；
[0020]根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉应变测量光路确定被测物由于外部载荷所引起的相位差分布以计算位移梯度，包括所述被测物沿x轴方向与y轴方向的位移梯度：和
[0021]根据所述位移梯度和以及所述被测物的表面形貌，确定被测物由于外部载荷所引起的应变分布，包括：ε
xx
和ε
yy
。
[0022]在一种可能的实现方式中，二维光源移动数字剪切散斑干涉应变测量光路在二维光源移动数字剪切散斑干涉形貌测量光路的基础上增加了两个固定的激光照明光源，包括：
[0023]两个固定的激光器、两个可移动的激光器、一个二维剪切模块、一个成像模块，成像模块采用成像镜头与相机组合以实现图像采集。
[0024]在一种可能的实现方式中，激光的波长可以是相同的或不同的，二维剪切模块可以由分光棱镜组或者二相色滤光片构成，成像相机可以使用黑白相机或者彩色相机，根据使用激光波长的相同或不同来选用不同的二维剪切模块与成像模块搭建光路。
[0025]本申请施例提供了一种表面形貌测量装置，包括：
[0026]搭建模块，用于搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路；
[0027]第一确定模块，用于根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，同步确定被测物表面对应于两个不同剪切方向的相位，根据相位分布计算沿两个剪切方向的表面斜率；
[0028]第二确定模块，用于根据所述两个表面斜率，确定所述被测物的表面形貌。
[0029]在另一方面，本申请施例提供了一种表面应变测量装置，包括：
[0030]搭建模块，用于搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路；
[0031]第一确定模块，用于根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，同步确定被测物的两个表面斜率；
[0032]第二确定模块，用于根据所述两个表面斜率，确定所述被测物的表面形貌；
[0033]第三确定模块，用于根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，确定所述被
测物由于外部载荷所引起的位移梯度；
[0034]第四确定模块，用于根据所述位移梯度和所述表面形貌，确定所述被测物的应变分布。
[0035]通过搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，根据所搭建光路同步确定被测物表面对应于两个不同剪切方向的相位，根据相位分布计算沿两个剪切方向的表面斜率，根据所述两个表面斜率，确定所述被测物的表面形貌，从而利用数字剪切散斑干涉技术实现对具有任意形状物体的表面形貌的测量。
[0036]通过搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，根据所搭建光路同步确定被测物的两个表面斜率，根据所述两个表面斜率，确定所述被测物的表面形貌，根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，确定被测物由于外部载荷所引起的位移梯度，根据所述位移梯度和所述表面形貌，确定被测物的应变分布。根据所述光路同步测量被测物的表面形貌与应变分布使得应变分布与表面形貌产生对应关系，从而修正测量矢量方向与表面法线方向不一致所带来的测量误差，以获得精确的应变分布结果，提高了测量效率与测量准确度。
[0037]根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
[0038]此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种形貌测量方法，其特征在于，包括：搭建二维光源移动数字剪切散斑干涉光路；根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，同步确定被测物表面对应于两个不同剪切方向的相位，根据相位分布计算沿两个剪切方向的表面斜率；根据所述沿两个方向的表面斜率，确定所述被测物的表面形貌。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维光源移动剪切散斑干涉光路包括：两个光束位置可移动的激光光源、一个二维剪切模块、一个成像模块。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述两个光束位置可移动的激光光源可沿垂直于光束传播方向平移，其移动量可控；其中，激光的波长可以是相同的或不同的；其中，所述光源移动可通过位移台、传动滑轨、光路切换等方式实现光束移动。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述二维剪切模块的剪切方向正交布置，分别在x方向与y方向；其中，二维剪切模块可由二向色滤光片二维剪切装置或多分光棱镜二维剪切装置组成。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述成像模块用于采集剪切散斑干涉图像；其中成像模块的相机为黑白相机或彩色相机。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述二维光源移动数字剪切散斑干涉光路，同步确定被测物表面对应于两个剪切方向的相位，根据相位图得到沿两个剪切方向的表面斜率分布，包括所述被测物沿x轴方向与y轴方向的表面斜率：和7....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴思进，于淼，李伟仙，司娟宁，牛海莎，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：