一种激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构的制作方法

1.本实用新型属于激光光学仪器光路结构技术领域，尤其涉及一种激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构。


背景技术：

2.随着我国经济、社会的高速发展，以载人航天、探月工程、高分辨对地观测、新一代宽带无线移动通信卫星、大型飞机等为代表的国家任务日趋紧迫，迫切需要解决大型结构在复杂物理环境耦合影响下的力学响应等问题，例如高速剪切气流对结构形面的影响规律；米级高稳定结构在真空、超低温环境下微米级变形的测量；大型承载结构在力学载荷作用下，大面积范围内位移/应变场测量等，测量技术面临诸多新的挑战。
3.数字散斑检测技术适用于材料和结构的缺陷、位移、变形和力学性能测量，现有仪器只能实现单一参数的检测，完全依赖进口、价格昂贵。但对于实际的产品往往需要缺陷、变形、应变等耦合测量、综合检测、有效融合检测数据进行结构完整性评价。因此，研发激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪成为提高我国重点工业产品指标和产品性能稳定性的迫切需要，对提高我国高端制造业的自主创新能力，具有重要的推动作用。
4.目前国内单独介绍电子散斑干涉(三维相移电子散斑干涉仪cn203534532u)或单独介绍电子剪切散斑干涉(剪切散斑干涉仪cn 2814330y)、单一功能的数字图像相关装置(cn103197424a)的相关专利不少，既能做电子散斑干涉又能做电子剪切散斑干涉的专利存在一些实际应用的问题，例如多功能电子散斑干涉仪(cn 102735380 a)，只能实现w方向的位移测量和应变检测，且其干涉测量过程中参考光光强大于被测物反射光强，可能对后处理造成困扰。


技术实现要素：

5.本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构，解决了现有散斑检测设备功能单一、综合检测能力不足的问题。
6.本实用新型目的通过以下技术方案予以实现：一种激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构，包括：激光器、第一快门、光路切换组件、第二快门、第一反射镜、第一相移器、第一出射光机构、第二出射光机构、第三出射光机构、第四出射光机构、第二反射镜、第二相移器、数字成像系统和第一分光棱镜；其中，激光器出射的激光首先经过第一快门再经过光路切换组件分成第一束光和第二束光，第一束光由第三出射光机构射出照射到被测物或数字成像系统，经被测物散射后得到第一散射光；第二束光依次经过第二快门、第一反射镜和第一相移器，最后由第一出射光机构射出照射到被测物上经散射后得到第二散射光；第一散射光和第二散射光入射到数字成像系统得到u方向的图像；由第三出射光机构射出照射到数字成像系统的第一束光和第二散射光入射到数字成像系统得到w方向的图像；或激光器出射的激光首先经过第一快门再经过光路切换组件照射到第一分光棱镜，经过第
一分光棱镜分成第三束光和第四束光，第三束光由第四出射光机构射出照射到被测物上经散射后得到第三散射光；第四束光经过第二相移器和第二反射镜，最后由第二出射光机构射出照射到被测物上经散射后得到第四散射光，第三散射光和第四散射光入射到数字成像系统得到v方向的图像。
7.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述光路切换组件包括第三反射镜和第二分光棱镜；其中，激光器出射的激光首先经过第一快门再经过第二分光棱镜不经过第三反射镜分成第一束光和第二束光，第一束光由第三出射光机构射出，第二束光依次经过第二快门、第一反射镜和第一相移器，最后由第一出射光机构射出照射到被测物上；或激光器出射的激光首先经过第一快门再经过第三反射镜不经过第二分光棱镜照射到第一分光棱镜，经过第一分光棱镜分成第三束光和第四束光，第三束光由第四出射光机构射出照射到被测物上，第四束光经过第二相移器和第二反射镜，最后由第二出射光机构射出照射到被测物上。
8.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述数字成像系统包括第一相机、第二相机、第四反射镜、第三分光棱镜、第五反射镜、第三相移器和可移动平台；其中，所述第四反射镜、所述第三分光棱镜、所述第五反射镜和所述第三相移器设置于所述可移动平台上；所述可移动平台能够上升和下降，当所述可移动平台在最高位置时，第四反射镜能够遮挡住第一相机，第三分光棱镜的光轴与第二相机的中心轴线重合。
9.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述可移动平台下降，使得不遮挡第一相机和第二相机，第一散射光和第二散射光入射到第一相机得到u方向的图像，由第三出射光机构射出照射到第一相机的第一束光和第二散射光入射到第一相机得到w方向的图像；第三散射光和第四散射光入射到第一相机得到v方向的图像。
10.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述可移动平台上升到最高位置，第一散射光经第四反射镜反射后入射到第三分光棱镜，经第三分光棱镜后分成第一分束光和第二分束光，第一分束光经第五反射镜反射后再经第三分光棱镜得到第一入射光，第二分束光经第三相移器反射后再经第三分光棱镜得到第二入射光，第一入射光和第二入射光入射到第二相机得到剪切方向的图像。
11.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述第一分光棱镜分光比为50:50。
12.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述第二分光棱镜分光比为50:50。
13.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述第三分光棱镜分光比为50:50。
14.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述第三反射镜为直角棱镜反射镜。
15.上述激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构中，所述第一快门和所述第二快门均采用ttl触发控制。
16.本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：
17.(1)本实用新型采用了光路复用设计，光路结构可以实现四种测量光路，分别实现u、v、w三维方向上位移的散斑干涉测量、w方向上应变的剪切干涉测量和数字图像相关测量
功能；
18.(2)本实用新型采用了单激光器，双相机设计，大大简化了设备的整体结构，降低了设备成本；
19.(3)本实用新型的光的通路采用了深孔加工工艺，使所有光路都在自己的光路管道内传播，相互之间没有干扰，起到了消除杂散光干扰的作用；
20.(4)本实用新型的激光器采用了常开设计，光的通断及光路切换由快门实现，减少了激光器预热时间，起到了保证设备出光质量的作用；
21.(5)本实用新型采用了单激光器设计，起到了降低整体设备功率，提升设备不同光路出光一致性的作用。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
23.图1是本实用新型实施例提供的激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构的光路图；
24.图2是本实用新型实施例提供的光路切换组件的结构示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的数字成像系统的结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的出射光机构的结构示意图。
具体实施方式
27.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
28.图1是本实用新型实施例提供的激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构的光路图。如图1所示，该激光散斑干涉耦合数字图像相关检测仪光路结构，其特征在于包括：激光器1、第一快门2、光路切换组件3、第二快门4、第一反射镜5、第一相移器6、第一出射光机构7、第二出射光机构8、第三出射光机构9、第四出射光机构10、第二反射镜11、第二相移器12、数字成像系统13和第一分光棱镜14；其中，
29.激光器1出射的激光首先经过第一快门2再经过光路切换组件3分成第一束光和第二束光，第一束光由第三出射光机构9射出照射到被测物或数字成像系统13，经被测物散射后得到第一散射光；第二束光依次经过第二快门4、第一反射镜5和第一相移器6，最后由第一出射光机构7射出照射到被测物上经散射后得到第二散射光；第一散射光和第二散射光入射到数字成像系统13得到u方向的图像；由第三出射光机构9射出照射到数字成像系统13的第一束光和第二散射光入射到数字成像系统13得到w方向的图像；
30.或激光器1出射的激光首先经过第一快门2再经过光路切换组件3照射到第一分光
棱镜14，经过第一分光棱镜14分成第三束光和第四束光，第三束光由第四出射光机构10射出照射到被测物上经散射后得到第三散射光；第四束光经过第二相移器12和第二反射镜11，最后由第二出射光机构8射出照射到被测物上经散射后得到第四散射光，第三散射光和第四散射光入射到数字成像系统13得到v方向的图像。
31.激光器1出射的激光首先经过第一快门2，再经过光路切换组件3，此后激光在设备内部依据光路切换组件3的状态可以有两种传播模式。
32.一种是激光经过第二分光棱镜18分光比为50:50，不经过第三反射镜17，一束光由第三出射光机构9射出照射到被测物上，另外一束光经过第二快门4、第一反射镜5、第一相移器6、最后由第一出射光机构7射出照射到被测物上。
33.另一种是激光不经过第二分光棱镜18经过第三反射镜17，激光经过第一分光棱镜14分光比为50:50，分成两束光，一束光由第四出射光机构10射出照射到被测物上，另一束光经过第二相移器12、第二反射镜11、最后由第二出射光机构8射出照射到被测物上。
34.如图2所示，光路切换组件3包括第三反射镜17和第二分光棱镜18；其中，激光器1出射的激光首先经过第一快门2再经过第二分光棱镜18不经过第三反射镜17分成第一束光和第二束光，第一束光由第三出射光机构9射出，第二束光依次经过第二快门4、第一反射镜5和第一相移器6，最后由第一出射光机构7射出照射到被测物上；或激光器1出射的激光首先经过第一快门2再经过第三反射镜17不经过第二分光棱镜18照射到第一分光棱镜14，经过第一分光棱镜14分成第三束光和第四束光，第三束光由第四出射光机构10射出照射到被测物上，第四束光经过第二相移器12和第二反射镜11，最后由第二出射光机构8射出照射到被测物上。具体的，光路切换组件3作为一个整体，由电磁开关控制，其运动方向是在图1中的光路所形成的平面的法线方向。光路切换组件3中有两个光通路，其具体结构如图2所示，一个光通路上是第三反射镜17另一个光通路上是第二分光棱镜18，在设备工作的同一时间光路切换组件3中只有一个光通路工作。第三反射镜17为直角棱镜反射镜，第二分光棱镜18分光比为50:50，在光路切换组件3中两个器件斜对角安装，第三反射镜17安装在第三反射镜安装位23，第二分光棱镜18安装在第二分光棱镜安装位24。
35.如图3所示，数字成像系统13包括第一相机15、第二相机16、第四反射镜19、第三分光棱镜20、第五反射镜21、第三相移器22和可移动平台。其中，第一相机15、第二相机16为同型号的相机并使用同型号的镜头。第四反射镜19、第三分光棱镜20、第五反射镜21、第三相移器22四部分在一个可移动平台上，其中第三相移器22由上位机及电路板协同控制。此平台作为一个整体，通过电磁控制，整体升降进行成像模式切换，运动方向为镜头光轴与相机连线形成的平面的法向。可移动平台能够上升和下降，当可移动平台在最高位置时，第四反射镜19能够遮挡住第一相机15，第三分光棱镜20的光轴与第二相机16的中心轴线重合。
36.可移动平台下降，使得不遮挡第一相机15和第二相机16，第一散射光和第二散射光入射到第一相机15得到u方向的图像，由第三出射光机构9射出照射到第一相机15的第一束光和第二散射光入射到第一相机15得到w方向的图像；第三散射光和第四散射光入射到第一相机15得到v方向的图像。
37.可移动平台上升到最高位置，第一散射光经第四反射镜19反射后入射到第三分光棱镜20，经第三分光棱镜20后分成第一分束光和第二分束光，第一分束光经第五反射镜21反射后再经第三分光棱镜20得到第一入射光，第二分束光经第三相移器22反射后再经第三
分光棱镜20得到第二入射光，第一入射光和第二入射光入射到第二相机16得到剪切方向的图像。
38.第一种模式当数字成像系统13中第一相机15工作时，可以进行电子散斑干涉测量；当光路切换组件3切换时可以实现u、v方向上位移的散斑干涉测量，配可以实现w方向上位移的散斑干涉测量。
39.第二种模式当数字成像系统13中第一相机15、第二相机16同时工作时，可以进行数字图像相关测量。
40.第三种模式当数字成像系统13中第四反射镜19、第三分光棱镜20、第五反射镜21、第三相移器22四部分降下来挡住第一相机15时，第二相机16工作，设备可以进行电子剪切散斑干涉测量。
41.第一出射光机构7、第二出射光机构8、第三出射光机构9、第四出射光机构10四路出射光机构光轴平行向前时，位置是在以数字成像系统13中第一相机15光轴中心点为圆心的同心圆上，四路出光位置共平面，其平面垂直数字成像系统13光轴，且相邻出光位置间隔90
°
。第一出射光机构7、第二出射光机构8、第三出射光机构9、第四出射光机构10实物图见图4，上下两个旋转轴配合轴承安装，保证其运动的顺畅。
42.第一出射光机构7、第二出射光机构8、第三出射光机构9、第四出射光机构10四路出射光机构的照射方向可以通过步进电机控制，具体的转角受上位机及电路板控制，配合检测功能进行照射角度调节使得被测物能够被充分照射。
43.第一快门2、第二快门4采用了ttl触发控制，同样使其能够满足上位机加电路板的控制要求，做到软件切换。
44.本实用新型采用了光路复用设计，光路结构可以实现四种测量光路，分别实现u、v、w三维方向上位移的散斑干涉测量、w方向上应变的剪切干涉测量和数字图像相关测量功能；本实用新型采用了单激光器，双相机设计，大大简化了设备的整体结构，降低了设备成本；本实用新型的光的通路采用了深孔加工工艺，使所有光路都在自己的光路管道内传播，相互之间没有干扰，起到了消除杂散光干扰的作用；本实用新型的激光器采用了常开设计，光的通断及光路切换由快门实现，减少了激光器预热时间，起到了保证设备出光质量的作用；本实用新型采用了单激光器设计，起到了降低整体设备功率，提升设备不同光路出光一致性的作用。
45.本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。