光栅应变测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光栅应变测量装置。
【背景技术】
[0002]现有的变形测试方法包含电测法和光测法两大类。其中，电测法应用较为广泛，但由于需要将应变片粘附在试件表面上，因此限制了电测法在极端环境下的应用，如高温、低温、强电磁环境等。近年来，光测法以其非接触测量的优势，受到了越来越多的关注。
[0003]20世纪60年代提出了衍射光栅应变传感器法，该方法利用光栅频率、激光波长和衍射角之间的关系(光栅方程)完成变形测量:当一束激光入射到带光栅试件表面时发生衍射，试件受载产生变形，光栅也会跟随发生同样的变形，光栅的变形导致光栅的频率改变，随之衍射角度也会变化。通过记录衍射光斑的位置变化，可以确定衍射角度的变化，进而确定光栅频率的变化，最终得到试件的变形。
【发明内容】
[0004]本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的:在变形测试中，目标是可靠地得到试件的面内变形，而试件的离面位移是不被关注的。现有的衍射光栅应变传感器法容易受到试件的离面位移的影响，从而导致测量精度的下降。
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有测量精度高的优点的光栅应变测量装置。
[0006]根据本发明实施例的光栅应变测量装置包括:自由度可调底座；Z向导轨和X向导轨，所述Z向导轨设在所述自由度可调底座上，所述X向导轨设在所述Z向导轨上；光阑，所述光阑设在所述Z向导轨上；光屏，所述光屏沿Z向可移动地设在所述Z向导轨上；用于发出测量光线的光源，所述光源设在所述X向导轨上，用于透射测量光线以及将所述测量光线反射到试件上的半透半反镜，所述半透半反镜设在所述X向导轨上，其中所述试件的表面具有光栅，反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生反射以便形成标定光线以及衍射以便形成第一光线和第二光线，所述标定光线经所述光阑透射到所述光屏上以形成标定反射光斑；反射镜架，所述反射镜架设在所述Z向导轨上；用于将所述第一光线反射到所述光屏上以形成第一光斑的第一反射镜和用于将所述第二光线反射到所述光屏上以形成第二光斑的第二反射镜，所述第一反射镜和所述第二反射镜可调节地设在所述反射镜架上，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向和Y向中的一个排列；用于将透射的测量光线反射到试件上的第三反射镜，所述第三反射镜可调节地设在所述X向导轨上，所述半透半反镜位于所述光源与所述第三反射镜之间，其中通过所述第三反射镜反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生反射以便形成第三光线；用于将所述第三光线反射到所述光屏上以形成消离面位移光斑的第四反射镜，所述第四反射镜可调节地设在所述反射镜架上；和用于采集所述标定反射光斑、所述第一光斑、所述第二光斑和所述消离面位移光斑的相机。
[0007]根据本发明实施例的光栅应变测量装置可以消除离面位移对测试结果的干扰，从而具有测量精度高等优点。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的光栅应变测量装置还可以具有如下附加的技术特征:
[0009]根据本发明的一个实施例，通过所述半透半反镜反射到所述试件上的测量光线在所述试件的表面上发生衍射以便形成第四光线和第五光线，所述光栅应变测量装置进一步包括用于将所述第四光线反射到所述光屏上以形成第三光斑的第五反射镜和用于将所述第五光线反射到所述光屏上以形成第四光斑的第六反射镜，所述第五反射镜和所述第六反射镜可调节地设在所述反射镜架上，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿X向和Y向中的另一个排列。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向排列，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿Y向排列，所述第一反射镜和所述第二反射镜沿X向可移动地设在所述反射镜架上，所述第五反射镜和所述第六反射镜沿Y向可移动地设在所述反射镜架上。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述反射镜架沿Z向可移动地设在所述Z向导轨上。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第四反射镜至所述第六反射镜法线方向可变地设在所述反射镜架上。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述光源、所述半透半反镜和所述第三反射镜沿X向可移动地设置，所述光源、所述半透半反镜、所述第三反射镜、所述光阑、所述光屏和所述相机沿Y向可移动地设置。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述标定光线垂直于所述光源发出的测量光线、所述光阑所在的平面和所述光屏所在的平面。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述光源为激光器。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述自由度可调底座包括:Y向升降台；Χ向平移台，所述X向平移台设在所述Y向升降台上；和Z向平移台，所述Z向平移台设在所述X向平移台，所述Z向导轨设在所述Z向平移台上。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述光栅应变测量装置进一步包括绕X向、Y向和Z向旋转的三维旋转台，所述三维旋转台设在所述自由度可调底座上，所述Z向导轨设在所述三维旋转台上。
【附图说明】
[0018]图1是根据本发明实施例的光栅应变测量装置的结构示意图；
[0019]图2是图1的沿A-A方向的剖视图；
[0020]图3是图1的沿B-B方向的剖视图；
[0021]图4是根据本发明实施例的光栅应变测量装置的X向测试光路的示意图；
[0022]图5是根据本发明实施例的光栅应变测量装置的Y向测试光路的示意图；
[0023]图6是根据本发明实施例的光栅应变测量装置的消离面位移光路的示意图；
[0024]图7是根据本发明实施例的光栅应变测量装置采集到的光斑图像。
【具体实施方式】
[0025]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026]下面参考附图描述根据本发明实施例的光栅应变测量装置10。如图1-图7所示，根据本发明实施例的光栅应变测量装置10包括自由度可调底座101、Z向导轨1021、X向导轨1022、光阑1031、光屏1032、用于发出测量光线1067的光源1033、用于透射测量光线1067以及将测量光线1067反射到试件20上的半透半反镜1041、反射镜架107、用于将第一光线1062反射到光屏1032上以形成第一光斑的第一反射镜1042、用于将第二光线1063反射到光屏1032上以形成第二光斑的第二反射镜1043、用于将透射的测量光线1067反射到试件20上的第三反射镜1044、用于将第三光线1064反射到光屏1032上以形成消离面位移光斑1086的第四反射镜1045和用于米集标定反射光斑1081、第一光斑、第二光斑和消离面位移光斑1086的相机1035。
[0027]Z向导轨1021设在自由度可调底座101上，X向导轨1022设在Z向导轨1021上。光阑1031设在Z向导轨1021上，光屏1032沿Z向可移动地设在Z向导轨1021上。光源1033设在X向导轨1022上，半透半反镜1041设在X向导轨1022上。其中，试件20的表面具有光栅，反射到试件20上的测量光线1067在试件20的表面上发生反射以便形成标定光线1061以及衍射以便形成第一光线1062和第二光线1063，标定光线1061经光阑1031透射到光屏1032上以形成标定反射光斑1081。
[0028]反射镜架107设在Z向导轨1021上。第一反射镜1042和第二反射镜1043可调节地设在反射镜架107上，第一反射镜1042和第二反射镜1043沿X向和Y向中的一个排列。第三反射镜1044可调节地设在X向导轨1022上，半透半反镜1041位于光源1033与第三反射镜1044之间。其中，通过第三反射镜1044反射到试件20上的测量光线1067在试件20的表面上发生反射以便形成第三光线1064。第四反射镜1045可调节地设在反射镜架107上。
[0029]根据本发明实施例的光栅应变测量装置10通过设置用于将透射的测量光线1067反射到试件20上的第三反射镜1044以及用于将第三光线反射到光屏1032上，从而可以形成消离面位移光斑。由此在对具有光栅的试件20进行加载后，可以通过调节自由度可调底座101的Z向平移台1013，来使消离面位移光斑回到初始位置，从而可以消除离面位移对测试结果的干扰。
[0030]因此，根据本发明实施例的光栅应变测量装置10可以消除离面位移对测试结果的干扰，从而具有测量精度高等优点。
[0031]如图1-图7所示，根据本发明的一些实施例的光栅应变测量装置10包括自由度可调底座101、三维旋转台105、Z向导轨1021、X向导轨1022、光阑1031、光屏1032、光源1033、反射镜架107、相机1035、半透半反镜1041、第一反射镜1042、第二反射镜1043、第三反射镜1044、第四反射镜1045、第五反射镜1046和第六反射镜1047。
[0032]其中，相机1035、光屏1032、光阑1031、第一反射镜1042、第二反射镜1043、光源1033、半透半反镜1041和具有光栅的试件20组成X方向应变测试光路。相机1035、