专利名称：基于分束光纤的三维变形测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学三维变形测量系统，特别是一种基于分束光纤的三维变形测量系统。
背景技术：
随着工业的发展，人们对材料受力后，产生的变形、应力、应变等性能参数的研究要求也不断提高。从过去的只能应用于物体点测量的金属应力量表到可以测量物体面区域的散斑技术的应用。利用散斑技术对物体进行两维或三维的变形测量的硬件系统和变形处理等算法处理方面已经有许多方法。
在国内目前的文献记载中，电子散斑干涉技术测量物体表面三维变形系统的技术为采用三个激光器从三个不同的方向照射以提供照射光源，照射被测物体和它的旁侧放置的参考物。用一个PZT相移器推动粘贴在参考物上面的三个反射镜，用于提供对应三束物光相干涉的参考光并引入相移。在CCD摄像机前放置大错位棱镜，使物体表面信息和参考物上的信息都进入CCD中，结合四步相移技术，三个激光器依次分别照射被测物，对所采集的散斑图进行运算并分离可获得三个独立的变形场。但这种系统由于激光器的数量多，结构庞大，参考物上的三个平面镜方向调整困难，且由于大错位棱镜的分离效果可能影响散斑图像质量，并且此系统不能单独进行一维或二维的测量。
在专利US 6188483 B1中，测量三维物体表面变形的系统中，利用一个激光器提供光源，利用分光镜和反光镜特性，进行分光、传光。将两个双光束电子散班干涉系统和一个离面变形检测系统结合到一个系统中，分别依靠出射的四束激光束完成面内变形检测，并利用四束激光中的一束和内部另一束光束构成离面变形检测系统。将变形前后获得的电子散斑图运用直接相减算法进行处理后，得到三维变形数据。此系统可以单独进行一维、二维或三维变形的测量。缺点是采用分立的元件进行分光、传光，光学器件繁多，光学器件位置放置精度要求高，系统调试要求精度高，调整操作困难。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术中存在的缺陷，提供一种改进的基于分束光纤的三维变形测量系统，结构简单，操作方便，并能保证测量精度。
为了达到上述目的，本发明的构思是
本发明主要针对硬件系统进行了改进和创新，采用一根一分五型光纤进行分光、传光，取其中四束分支光纤构成两对面内变形检测，通过光纤出射端口发散角参数的预定，可以直接得到满足系统要求的发散光束，无需扩束器件。为了提高变形测量精度，仍采用四步相移算法，采用传统的引入相移方法，在上述两对相干光束中，分别选择其中一束分支光纤出射端口位置分别粘贴一个PZT相移器，通过PZT相移器的推动带动分支光纤微动，便可在此光束中引入相移。共用其中一束引入相移的光束，结合第五束分支光纤，获得满足系统要求的相干光束。因此，系统整体由于光纤的采用，结构大大简化，调试操作方便，由于遮挡开关的使用，此系统可以单独进行一维、二维或三维变形的测量，并使对图像后期处理的软件结构简单，并保证了测量精度。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案一种基于分束光纤的三维变形测量系统，由一个提供光源的激光器、一个带CCD摄像机的图像接收系统和一个分光传光及相移系统组成，其特征在于所述的分光传光及相移系统是一个一分五型光纤分光传光及相移系统。
上述的一分五型光纤分光传光及相移系统的结构是从所述的激光器来的主光纤经一个光纤调整架连接一个一分五的光纤耦合器输入端口，光纤耦合器的输出端口连接五束光纤分支进行分光和传光一束分支光纤连接所述的带CCD摄像机的图像接收系统，四束分支光束的输出端口各放置一个遮挡开关，四束分支光纤的输出端口分别对准被测物体，其中两个分支光纤通过相移系统固定，相移系统中各粘贴一个PZT相移器，通过PZT相移器的膨胀移动，带动其粘贴的分支光纤移动，将相移引入光束内。
上述的相移系统的结构是分支光纤固定在一个L型光纤固定块上，L型光纤固定块与PZT相移器粘贴成刚性连接，然后，PZT相移器与光纤支撑架粘贴成刚性连接。分支光纤与光纤支撑架和PZT相移器不连接。PZT相移器受电压驱动推动L型光纤固定块向前移动，从而使L型光纤固定块带动分支光纤沿光纤轴向移动，将相移引入分支光纤中。
上述的无相移光纤固定结构是将分支光纤直接固定在光纤支撑架上。
上述的带CCD摄像机的图像接收系统的结构是从所述的激光器出射光束经一个显微镜和光纤调整架，由分支光纤传光，光束经护束准直镜、遮挡开关后由分光镜分光，分光镜置于CCD摄像机与CCD镜头之间。
上述的CCD摄像机连接一个计算机。
本发明与现有三维电子散斑变形检测系统相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点本发明系统中采用了一分五型光纤分光、传光；共用一束光束；通过两个PZT相移器得到满足实验要求的两束可以引入相移的激光分支光束。通过光纤的分光，便可得到系统所需的三对相干光束。本发明所需光学器件少，结构合理紧凑，操作简便，适用于物体表面的准实时三维变形测量。
图1是本发明一个实施例的系统结构示意图。
图2是图1示例中的一分五型光纤分光传光及相移系统的结构示意图。
图3是图2示例中的无相移分支光束固定结构示意图。
图4是图2示例中的相移分支光束固定结构示意图。
图5是图1示例中的采集装置的调整原理图。
图6是两铅垂线共面调整示意图。
图7是竖直方向两分支光束调整共面的投影共面原理示意图。
图8是竖直方向两分支光纤出射端口空间位置示意图。
图9是两水平线共面调整示意图。
图10是水平方向两分支光束调整共面的投影共面原理示意图。
图11是竖直方向和水平方向四束分支光纤出射端口空间位置示意图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例是参见图1，本基于分束光纤的三维变形测量系统由一个提供光源的激光器1、一个带CCD摄像机6的图像接收系统和一个分光传光及相移系统组成，所述的分光、传光及相移系统是一个一分五型光纤分光传光及相移系统。
上述的一分五型光纤分光传光及相移系统的结构是从所述的激光器1来的主光纤经一个光纤调整架3连接一个一分五的光纤耦合器4输入端口，光纤耦合器4的输出端口连接五束光纤分支11、12、13、14、15进行分光和传光一束分支光纤11连接所述的带CCD摄像机6的图像接收系统，四束分支光束12、13、14、15的输出端口各有一个遮挡开关20、21、19、18，该四束分支光束的输出端口分别对准被测物体22，其中分支光纤14和15出射端口通过L型光纤固定块25粘贴在结构相同的相移系统23、24上。通过PZT相移器17、16的膨胀移动，带动分支光束14、15移动，将相移引入光束内。
上述的相移系统23、24的结构是分支光纤14、15固定在一个L型光纤固定块25上，L型光纤固定块25与PZT相移器16、17粘贴成刚性连接，然后，PZT相移器16、17与光纤支撑架26粘贴成刚性连接。光纤与光纤支撑架26和PZT相移器16、17不连接。PZT相移器16、17受电压驱动推动L型光纤固定块25向前移动，从而使L型光纤固定块25带动分支光纤14、15沿光纤轴向移动，将相移引入光纤14、15中。
上述的带CCD摄像机6的图像接收系统的结构是从所述的激光器1出射光束经一个显微镜2和光纤调整架3，由分支光纤11传光，光束经扩束准直镜10、遮挡开关9后由分光镜7分光，分光镜7置于CCD摄像机6与CCD镜头8之间。
上述的CCD摄像机6连接一个计算机5。
上述的激光器1、带CCD摄像机的图像接收系统和一分五型光纤分光传光及相移系统的所有组成元器件安装在一块底板27上。
上述的光纤耦合器4又称分歧器，是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，我们主要应用它在系统中进行分光、传光。本系统中，采用星状/树状光纤耦合器，通过烧结方式的制作法，将五条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用。通过调整拉锥的长度，以及对烧结温度的控制，实现光纤分光的能量比例，以达到本系统对五束分支光束能量的比例接近均等的要求。
系统调整过程调整的目的主要有三点1.保证面内水平方向两束分支光束关于样本表面中心法线对称；2.保证面内竖直方向两束分支光束关于样本表面中心法线对称；3.获取四束分支光束空间需要的尺寸用于入射角度的标定。
1.图像采集装置的调整假定CCD镜头8中轴线方向为Z轴，通过CCD镜头8中轴线的横切水平面和纵切竖直面分别为X轴和Y轴。
采用如图5(a)所示的调整方法，进行修正CCD镜头8的采集方向以及镜头与CCD摄像机6的相对位置，目的是达到照射区域与采集区域的一致性，使CCD镜头8的采集方向沿Z轴方向。
图5(b)中，选用样本28作为调整辅助器件，样本28正面中心画有参考十字架，其以十字架中心为圆心，至少画有一个直径与CCD镜头外围直径相等的圆，在样本表面写有文字(调节样本成像位置，即物距)。
将分光镜7用夹块29固定于CCD摄像机6的靶面前大约两毫米处，且使分光镜7侧面与CCD摄像机6的靶面平行。然后放置CCD镜头8，使CCD镜头8的中心与CCD摄像机6的中心在同一水平线上。将样本28放置于位置a处，且参考十字架的中心空间位置调整至与CCD镜头8的中心基本吻合。将样本28沿CCD镜头8的轴向慢慢远离镜头，移至可以在显示器内看到清晰的样本A上的文字的像为止，即位置b处，并保证CCD镜头8的采集方向与样本28的表面法线平行。然后微调CCD摄像机6的空间(高度和水平面内与CCD镜头8的角度)位置，使参考十字架的成像位置在监视器的中心。
这样，即可完成采集装置的调整，使照射区域与采集区域的一致性，并使采集方向位于竖直平面(y-z)内。
2.竖直方向照射光束的调整图像采集装置调整完毕后，为了保证竖直方向的两个分支光纤13和15出射端口以对称于被测物体表面法线的角度照射被测物体的表面，本装置采用两条直线构成一个平面原理、投影原理和等三角形的几何原理作为调整数学模型，将竖直方向的两照射光束13和15调整到准确的位置。在此，分步讲述调整过程。
第一步、两根铅垂线的共面(处于y-z面内)调整；采用如图6所示原理(两直线构成一个平面原理)调整，目的是调整两根铅垂线使其共面，并在y-z面内。
图6中，将两根线通过重锤分别悬空挂在重锤支架32上，这里要保证两根线自由垂直，形成铅垂线30和31。两铅垂线30、31要在样本28表面与CCD镜头8之间且铅垂线30离样本28表面大约5毫米，铅垂线30、31间隔不宜过大，以便能得到两铅垂线清晰的成像。
因为在图像采集装置调整完毕后，保证了CCD镜头沿其轴向采集图像，则只要保证两铅垂线30和31的像能够重合，即可保证两铅垂线30、31共面。
利用灯光33照射，使铅垂线30和31成像在显示屏幕上，通过调整支架32的位置使铅垂线30和31的像重合，则完成其共面(y-z面内)调整。
第二步、竖直方向上位于下端的分支光纤13出射端口光束的调整；将如图6中的灯光33关闭，开启竖直方向上位于下端的分支光纤13，使分支光纤13的出射激光光束照射两根铅垂线30、31。目的是调整分支光纤13出射激光光束的照射方向位于y-z面内。
采用如图7所示的原理(投影原理)，因为两铅垂线30、31已经共面，只要使两铅垂线30、31的两投影同时落在y-z面内，则分支光纤13的出射激光光束的照射方向便落在y-z面内。
首先，观察两根铅垂线30、31的投影在显示器上面的成像位置，根据它们的投影成像在参考十字架竖直线附近的位置，调整分支光纤13的出射端口的空间位置，使两根铅垂线30、31的投影成像位于同一条直线并且落在样本28的表面上的参考十字架的竖直线的成像位置上。两条铅垂线30、31经分支光纤13的出射激光光束照射后的投影成像处于同一直线上，表明出射激光光束的照射方向位于y-z面内。
其次，调整分支光纤13的照射角度(光束在竖直方向上与Z轴方向的夹角)，使光束中心与参考十字架交点重合。
最后，测量下端分支光纤13的出射端口与CCD镜头8的中轴线以及样本28的表面距离，分别记录为L1和C1。
第三步、竖直方向上位于上端的分支光纤15的出射端口光束的调整；仍然采用分支光纤13调整原理，目的是使分支光纤15的出射端口光束照射方向在y-z面内，并与分支光纤13的光束照射方向关于Z轴对称。
首先，通过遮挡开关21关闭分支光纤13，通过遮挡开关18，打开分支光纤15的出射激光光束，使光纤15的出射激光光束照射两根铅垂线30、31。
其次，观察两根铅垂线30、31的投影在显示器上面的成像位置，根据它们的投影成像在参考十字架竖直线附近的位置，调整分支光纤15出射端口与CCD镜头中轴线和参考物表面的距离分别为L1和C1，使光束中心与参考十字架交点重合，并使两根铅垂线30、31的投影成像位于同一条直线且落在参照物表面上的参考十字架的竖直线的成像位置上。两条铅垂线30、31经分支光纤15的出射激光光束照射后的投影成像处于同一直线上，表明分支光纤15的出射激光光束的照射方向位于y-z面内。
至此，竖直方向上下端两端分支光纤13和15的出射端口空间位置如图8所示。
第四步、验证分支光纤13和15的出射激光光束同在y-z面内。
通过遮挡开关21和18同时开启分支光纤13和15的出射激光光束，观察两铅垂线30、31经分支光纤13和15同时照射后的投影在显示器上的成像位置，仍在参考十字架的竖直线成像位置处，验证调整正确。
3.水平方向照射光束的调整图像采集装置和竖直方向分支光纤13和15的出射激光光束调整完毕后，为了保证水平方向的两个分支光纤12和14的出射端口以对称于被测物体表面法线的角度照射被测物体的表面，本实验仍然采用两条直线构成一个平面原理、投影原理和等三角形的几何原理作为调整数学模型，将水平方向的两分支光纤13和15的出射激光光束调整到准确的位置。在此，仍分步讲述调整过程。
第一步、两根水平线的共面(处于x-z面内)调整；采用如图9所示原理(两直线构成一个平面原理)调整，目的是调整两根水平线使其共面，并在x-z面内。
图9中，水平支架34和35处于同一高度，将两根线通过重锤分别悬空挂在水平支架34和35上，这里要保证两根线绷紧，形成两水平线36和37。两水平线36、37同样要在样本28表面与CCD镜头8之间且保证水平线36和37在显示器中都有清晰的成像。
图像采集装置调整完毕后，保证了CCD镜头沿其轴向采集图像，只要保证两水平线36和37的像能够重合，即可保证两水平线共面。
采用分支光纤13和15的相同的调整原理，只要支架34和35的水平性得到保证，则水平线36和37的像必然重合，调整支架34和35的高度，使水平线36和37的成像处于参考十字架的水平线上，完成其共面(x-z面内)调整。
第二步、水平方向上位于左端(面向被测样本)的分支光纤14的出射激光光束的调整；采用如图9中的灯光33关闭，通过遮挡开关19开启水平方向上位于左端的分支光纤14，使分支光纤14的出射激光光束照射两根水平线36、37，目的是调整分支光纤14的出射激光光束的照射方向位于x-z面内。
采用如图10所示的原理(投影原理)，因为两水平线36、37已经共面，只要使两水平线36、37的两投影同时落在x-z面内，分支光纤14的出射激光光束的照射方向便在x-z面内。
首先，观察两根水平线36、37的投影在显示器上面的成像位置，根据它们的投影成像在参考十字架水平线附近的位置，调整分支光纤14的出射端口的空间位置，使两根水平线36、37的投影成像位于同一条直线并且落在样本28的表面上的参考十字架的水平线的成像位置上。两条水平线36、37经分支光纤14的出射激光光束照射后的投影成像处于同一直线上，表明分支光纤14的出射激光光束的照射方向位于x-z面内。
其次，调整分支光纤14的照射角度(光束在水平方向上与Z轴方向的夹角)，使光束中心与参考十字架交点重合。
最后，测量分支光纤14的出射端口与CCD镜头8的中轴线以及样本28的表面的距离，分别记录为L2和C2。
第三步、水平方向上位于右端的分支光纤12的出射激光光束的调整；采用分支光纤14的调整原理，目的是使水平方向上位于右端的分支光纤12的出射激光光束的照射方向在x-z面内，并与分支光纤14的出射激光光束的照射方向关于Z轴对称。
首先，通过遮挡开关19关闭分支光纤14的出射激光光束，通过遮挡开关20打开水平方向上位于右端的分支光纤12的出射激光光束，使分支光纤12的出射激光光束照射两根水平线36、37。
其次，观察两根水平线36、37的投影在显示器上面的成像位置，根据它们的投影成像在参考十字架水平线附近的位置，调整分支光纤12的出射端口与CCD镜头8的中轴线和样本28的表面的距离分别为L2和C2，使光束中心与参考十字架交点重合，并使两根水平线36、37的投影成像位于同一条直线且落在样本28的表面上的参考十字架的水平线的成像位置上。两条水平线36、37经分支光纤12的出射激光光束照射后的投影成像处于同一直线上，表明分支光纤12的出射激光光束的照射方向位于x-z面内。
第四步、验证分支光纤12和14的出射激光光束同在y-z面内。
通过遮挡开关20和19同时开启分支光纤12和14的出射激光光束，观察两水平线36、37经分支光纤12和14同时照射后的投影在显示器上的成像位置，仍在参考十字架的水平线成像位置处，验证调整正确。
至此，水平和竖直方向上四束分支光纤12、14、13、15的出射端口空间位置如图11所示。
4.离面方向参考光束的调整将分支光纤11的出射端口位置放于分光镜7的侧面，使其出射光束经过扩束准直镜10和遮挡开关9进入分光镜7，经反射后进入CCD摄像机6的接收靶面，与分支光纤14的出射激光光束组成离面变形检测系统，微调分支光纤11的出射端口的空间位置，直到在显示器中央区域看到散斑。
至此，系统五束分支光纤11、12、13、14、15的空间位置全部调整完毕。分支光束照射角度标定根据四束分支光纤12、13、14、15的调整结果得到的空间尺寸数据，进行照射角度的标定。
竖直方向上，因为分支光纤13、15的出射端口关于Z轴对称照射被测样本28的表面，根据图8所示的几何关系，可知其照射角度α相等，即α=arctan(L1C1)---(1)]]>水平方向上，因为分支光纤12、14的出射端口关于Z轴对称照射被测样本28的表面，根据图11所示的几何关系，可知其照射角度θ相等，即θ=arctan(L1C1)---(2)]]>本发明的工作原理如图1所示，激光器1提供激光光源，激光光束经过显微镜2聚焦后，通过光纤调整架3的调整使光束进入一分五光纤耦合器4的主光纤，获得11、12、13、14、15五束光束。光束11由扩束准直器10扩束准直后通过遮挡开关9进入分光镜7；光束12和14被放置在水平面内并关于物体表面法线对称照射被测样本22，其中光束14的输出端口粘贴有PZT相移器17以便将相移引入光束14内，构成面内水平方向变形检测系统；光束13和15被放置在竖直面内并关于物体表面法线对称照射被测样本22，其中光束15的输出端口粘贴有PZT相移器16以便将相移引入光束15内，构成面内垂直方向变形检测系统。在光束12、13、14、15的输出端位置分别有遮挡开关20、21、19、18，控制变形检测的顺序执行。
上述系统中，在分支光束12、13、14、15出射光束后分别经过遮挡开关20、21、19、18后照射到被测物体上。分支光束11、12、13分别如图3所示固定，分支光纤14、15分别如图4所示结构固定。
上述系统中，数据采集操作步骤为首先，进行面内竖直方向(Y轴方向)变形检测，开启遮挡开关18、21，关闭遮挡开关9和遮挡开关19、20，使分支光纤13和15的出射激光光束构成面内竖直方向变形检测系统；利用面内竖直方向变形检测系统采集变形前的四幅图像，图像之间利用分支光纤15出口端处的PZT相移器16引入相移，四幅图像的位相为0、π/2、π、3π/2。
其次，进行面内水平方向(X轴方向)变形检测，关闭着当开关18、21，开启遮挡开关19、20，遮挡开关9仍处于关闭状态，这样使分支光纤12和14的出射激光光束构成面内水平方向变形检测系统；利用面内水平方向变形检测系统采集变形前的四幅相移图像，图像之间利用分支光纤14的出口端处的PZT相移器17引入相移。四幅图像的位相为0、π/2、π、3π/2。
最后，进行离面方向(Z轴方向)变形检测，关闭遮挡开关18、20、21，开启遮挡开关9，使分支光纤11和14的出射激光光束构成离面方向变形检测系统。
利用离面方向变形检测系统采集变形前的四幅相移图像，图像之间利用分支光纤14出口端处的PZT相移器17引入相移。四幅图像的位相为0、π/2、π、3π/2。
将三个方向变形检测系统中变形前的散斑图像用同样的形式表示，四幅散斑图像分别表示为IBa、IBb、IBc、IBd，即IBa=I1(x,y)+I2(x,y)+2I1(x,y)I2(x,y)cos[φR(x,y)-φB(x,y)]---(3)]]>IBb=I1(x,y)+I2(x,y)+2I1(x,y)I2(x,y)cos[φR(x,y)-φB(x,y)-π2]---(4)]]>IBc=I1(x,y)+I2(x,y)+2I1(x,y)I2(x,y)cos[φR(x,y)-φB(x,y)-π]---(5)]]>IBd=I1(x,y)+I2(x,y)+2I1(x,y)I2(x,y)cos[φR(x,y)-φB(x,y)-32π]---(6)]]>将三个方向变形检测系统中变形后的散斑图像用同样的形式表示，变形后采集的一幅散斑图像记为IA，即IA=I1(x,y)+I2(x,y)+2I1(x,y)I2(x,y)cos[φR(x,y)-φB(x,y)+Δφ(x,y)]---(7)]]>式中，I1(x，y)和I2(x，y)分别指物光波和参考光波的光强；φB(x，y)和φR(x，y)分别指物光波和参考光波的位相；Δφ(x，y)指变形引起的位相差。
利用“4+1”相移算法，将式(3)、(4)、(5)、(6)分别与式(7)分别相减，然后平方，取平均后，分别表示为；<IFA2>、<IFB2>、<IFC2>、<IFD2>，即<IFA2>＝<[IBa(x，y)-IA(x，y)]2>
≈4I1(x，y)I2(x，y){1-cos[Δφ(x，y)]}(8)<IFB2>＝<[IBb(x，y)-IA(x，y)]2>
≈4I1(x，y)I2(x，y){1+sin[Δφ(x，y)]}(9)
<IFC2>＝<[IBc(x，y)-IA(x，y)]2>
≈4I1(x，y)I2(x，y){1+cos[Δφ(x，y)]}(10)<IFD2>＝<[IBd(x，y)-IYA(x，y)]2>
≈4I1(x，y)I2(x，y){1-sin[Δφ(x，y)]}(11)将式(8)、(9)、(10)、(11)利用三角函数运算处理得到位相Δφ(x，y)，即Δφ(x，y)＝atan2(IFB2-IFD2，IFC2-IFA2) (12)根据面内竖直方向位相与变形关系 式中，α为照射光束与物体表面法线夹角，v为面内竖直方向的变形，λ为激光波长。面内水平方向的位相与变形关系 式中，θ为照射光束与物体表面法线夹角，u为面内水平方向的变形，λ为激光波长。
以及离面方向的位相与变形关系 式中，α为照射光束与物体表面法线夹角，v为面内竖直方向的变形，w为离面方向得到三维变形的量化方程组为 上述三个方向的变形数据的采集以及处理都经过相同的过程从被测物体反射的光束经过CCD镜头8成像于CCD摄像机6的靶面上，进而将图像传输到计算机5进行数据处理。
权利要求
1.一种基于分束光纤的三维变形测量系统，由一个提供光源的激光器(1)、一个带CCD摄像机(6)的图像接收系统和一个分光传光及相移系统组成，其特征在于所述的分光传光及相移系统是一个一分五型光纤分光传光及相移系统。
2.根据权利要求1所述的基于分束光纤的三维变形测量系统，其特征在于所述的一分五型光纤分光传光及相移系统的结构是从所述的激光器(1)来的主光纤经一个光纤调整架(3)连接一个一分五的光纤耦合器(4)输入端口，光纤耦合器(4)的输出端口连接五束光纤分支(11、12、13、14、15)进行分光和传光一束分支光纤(11)连接所述的带CCD摄像机(6)的图像接收系统，四束分支光束(12、13、14、15)的输出端口各放置一个遮挡开关(20、21、19、18)，四束分支光束(12、13、14、15)的输出端口分别对准被测物体(22)，其中两个分支光纤(14、15)通过相移系统(23、24)固定，相移系统(23、24)中分别各粘贴一个PZT相移器(17、16)，通过PZT相移器(17、16)的膨胀移动，带动其粘贴的分支光纤(14、15)移动，将相移引入光束内。
3.根据权利要求2所述的基于分束光纤的三维变形测量系统，其特征在于所述的相移系统(23、24)的结构是分支光纤(14、15)固定在一个L型光纤固定块(25)上，L型光纤固定块(25)与PZT相移器(16、17)粘贴成刚性连接，然后，PZT相移器(16、17)与光纤支撑架(26)粘贴成刚性连接。分支光纤(14、15)与光纤支撑架(26)和PZT相移器(16、17)不连接。PZT相移器(16、17)受电压驱动推动L型光纤固定块(25)向前移动，从而使L型光纤固定块(25)带动分支光纤(14、15)沿光纤轴向移动，将相移引入分支光纤(14、15)中。
4.根据权利要求2所述的基于分束光纤的三维变形测量系统，其特征在于所述的无相移光纤固定结构是将分支光纤(12、13)直接固定于光纤支撑架26上。
5.根据权利要求1、或2、或3所述的基于分束光纤的三维变形测量系统，其特征在于所述的带CCD摄像机的图像接收系统的结构是从所述的激光器(1)出射光束经一个显微镜(2)和光纤调整架(3)，由分支光纤(11)传光，光束经护束准直镜(10)、遮挡开关(9)后由分光镜(7)分光，分光镜(7)置于CCD摄像机(6)与CCD镜头(8)之间。
6.根据权利要求4所述的基于分束光纤的三维变形测量系统，其特征在于所述的CCD摄像机(6)连接一个计算机(5)。
全文摘要
本发明涉及了一种基于分束光纤的三维变形测量系统。它由一个提供光源的激光器、一个带CCD摄像机的图像接收系统和一个分光传光及相移系统组成，分光传光及相移系统是一个一分五型光纤分光传光及相移系统。通过光纤出口端的遮挡开关的选择，可以实现物体面内竖直方向、水平方向以及离面方向的变形测量。本发明结构合理紧凑，操作简便，适用于物体表面的准实时三维变形测量。
文档编号G01B11/30GK101033948SQ20071003878
公开日2007年9月12日 申请日期2007年3月29日 优先权日2007年3月29日
发明者于瀛洁, 王亮亮, 张之江, 周文静, 胡孔明, 张淑萍 申请人:上海大学