1.本发明涉及一种光学干涉测量装置，特别是涉及数字散斑干涉微变形测量双模式装置，该装置为便携的双模式集成系统，应用于光学测量技术领域。
背景技术：2.物体表面三维形变测量在精密加工、生物医学、电子元器件设计等各个领域具有重要作用。数字散斑干涉技术因具有全视场、非接触、高精度等特点，而得到广泛应用。数字散斑干涉技术中，一般通过ccd记录变形前后的数字散斑干涉图，而后对散斑干涉图进行图像处理、解相位运算，就能够求得物体的离面形变。但是，在传统的数字散斑干涉系统中﹐测量离面变形和面内变形需采用不同光路，同一光路只能实现离面变形或面内变形的测量，功能单一不利于该技术的实际应用。
3.数字散斑干涉测量在硬件方面，一套系统只能负责一个维度的形变测量。如果要进行三个维度形变的测量，往往需要三套光路系统，并且要同步进行测量。因此一套数字全息系统难以进行三维形变的测量。同时，物体的轮廓检测与物体的微变形检测在测量系统上也不同，在一套光路中较难实现。
4.因此，传统技术的不足之处可以总结为：
5.(1)测量离面变形和面内变形需采用不同的光路，实际应用时不够便捷；
6.(2)一套光路较难实现物体的轮廓检测与物体的微变形检测。
技术实现要素：7.为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，从被测件表面的微变形测量需求出发，为便捷地应用数字散斑干涉测量技术进行测量，提出了一种新的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，突破了现有测量方法对测量装置的要求和限制。本发明通过便携的双模式集成测量系统实现对待测件表面微变形进行测量，提高了测量的效率，减少了测量时间和测量误差，可通过一套系统实现物体的轮廓检测和物体表面的微变形检测。
8.为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种数字散斑干涉微变形测量双模式装置，包括底座、ccd安装板、ccd安装支柱、ccd、ccd遮光罩、分光镜、分光镜底座、光阑、凸透镜、凸透镜安装架、成像镜头安装架、成像镜头、参考光光纤夹持器、物光光纤夹持器、物光光纤夹持器安装板和物光光纤夹持器支持架。在所设计的光路系统中，以垂直于底座上导轨的方向为前后方向，靠近成像镜头的一端为前方，在该方向上，在ccd之前为分光镜，分光镜前为光阑、凸透镜和成像镜头。用四个m6的螺栓将底座安装在光学气浮平台上。将ccd安装板装配在底座最左侧的导轨上，并将ccd安装板移动至底座挡板处，用四根ccd安装支柱和m1.4的螺栓通过螺纹连接的方式将ccd遮光罩和ccd安装在ccd安装板的右边。ccd的右边为分光镜底座，将分光镜置于分光镜底座上的分光镜安装板上，用弹簧夹具固定，并用调整旋钮调整分光镜的上下位置。将光阑沿着底
座上的导轨安装在分光镜的右侧。将凸透镜安装在凸透镜安装架上的凸透镜夹持器中，沿着底座上的导轨将凸透镜安装架安装在光阑的右侧。将成像镜头安装架沿着底座上的导轨安装在底座最右侧，将成像镜头旋紧进成像镜头安装架上的1-32unf螺纹孔中。用四个紧固螺栓通过螺栓连接的方式将参考光光纤夹持器固定在底座上，将参考光光纤固定在参考光光纤夹持器上。用四个紧固螺栓通过螺栓连接的方式将物光光纤夹持器支持架固定在底座上，用四个紧固螺栓通过螺纹连接的方式将物光光纤夹持器固定在物光光纤夹持器安装板上，将物光光纤夹持器安装板的旋转支柱安装在物光光纤夹持器支持架的旋转槽内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器上。用ccd自带的数据线将ccd与计算机相连，实时检测程序可通过matlab程序实现。
10.测试时，将被测件置于光学气浮平台上，保证被测件的中心与上述装置的中心准直。由光纤激光器发出两束激光，一束作为物光照射在被测件上，一束作为参考光从分光棱镜的侧边射入，物光照射到物体表面反射后和参考光在ccd靶面处发生干涉，ccd记录变形前后的两幅散斑干涉图。该干涉结果由ccd采集并由matlab程序进行实时处理，通过图像处理、解相位运算等方法可得出被测件的实时微变形结果。
11.优选地，所述底座为一l型结构，底座的结构包括四个m6的螺纹孔、五个倒t字型导轨、左侧有挡板，挡板上有两组螺栓孔组，每组由四个紧固螺栓孔组成，其中一组螺栓孔组中心有直径为(表示直径)的光滑孔；用四个m6螺栓通过四个m6的螺纹孔通过螺栓连接的方式将底座固定在光学气浮平台上，保证测量的稳定性；用八个紧固螺栓通过螺栓连接的方式将参考光光纤夹持器和物光光纤夹持器支持架分别固定挡板上的两组紧固螺栓孔组处；参考光光纤的中心正对着直径为的光滑孔，可以允许参考光通过并照射在分光镜的中心；底座上有五个倒t字型导轨，所述倒t字型导轨尺寸为：倒t字型导轨顶部凹槽的宽与深度的比值为1：1，倒t字型导轨底部凹槽的宽与深度的比值为3：1，倒t字型导轨与安装于底座上各零件底部的倒t字型轨道槽相匹配，所述倒t字型轨道槽尺寸为：倒t字型轨道槽顶部的厚度与高度的比值为1：1，倒t字型轨道槽底部的厚度与高度的比值为3：1，可以实现各零件在底座上移动和固定的目的。
12.在工作时，所述底座具有三个作用：
13.第一个作用是，通过底座上的倒t字型导轨实现对放置在底座上的各光学零件的固定和移动，从而满足两种测量模式下对光学零件布置的要求；
14.第二个作用是，用四个紧固螺栓通过螺栓连接的方式将参考光光纤夹持器安装在底座挡板处，将参考光光纤固定在已安装在底座挡板处的参考光光纤夹持器上，实现参考光光纤的固定并确保参考光入射在分光镜的中心；
15.第三个作用是，用四个紧固螺栓通过螺栓连接的方式将物光光纤夹持器支持架固定在底座的挡板上，便于物光光纤夹持器安装板的旋转支柱安装于物光光纤夹持器支持架的旋转槽内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器上，可以实现调整物光光纤照射在被测物体表面的角度和准直的目的。
16.优选地，所述分光镜底座包括一副弹簧夹具、一个调整旋钮、一个分光镜安装板、一块调整板、前后外壳、左右外壳和一块底板。所述的弹簧夹具包括两个弹簧和两块长方体型夹紧板；调整旋钮两端头部均为圆形凸起，调整旋钮的中间为五个大小不一的圆柱通过内部的螺纹连接在一起，该五个圆柱中最大的圆柱上标有刻度，可以通过该处圆柱上的刻
度读取当前调整旋钮旋进的距离；所述的左右外壳为一无盖长方体型结构，左右外壳的表面有两个紧固螺栓安装孔、左右外壳的两侧边各有两个紧固螺栓安装孔、左右外壳的底部有两个紧固螺栓安装孔，右侧的外壳中心有一光滑孔；所述的前后外壳为一长方体结构，前后外壳的表面各有四个紧固螺栓安装孔均匀地分布在外壳表面的左右两端；所述的底板上有四个紧固螺栓安装孔和一个倒t字型轨道槽，所述的倒t字型轨道槽与底座上的倒t字型导轨相匹配；所述的调整板为一长方体平板；用十六个紧固螺栓通过螺纹连接的方式将前后外壳、左右外壳和底板安装固定，将调整板倾斜地放置于中空处，将调整旋钮安装在右侧外壳中心的光滑孔内，调整旋钮较小的圆形凸起顶部与调整板相接触，将分光镜安装板置于调整板上，便于调整旋钮调整调整板的位置来控制分光镜安装板的位置，将弹簧夹具置于分光镜安装板上部，两端置于左右外壳的凹槽内。在工作时，所述分光镜底座具有两个作用：
17.第一个作用是，分光镜底座上的弹簧夹具可以根据所放置的分光镜的大小灵活地对分光镜实现夹紧功能；
18.第二个作用是，分光镜底座上的调整旋钮可以调整调整板的位置，进而调整分光镜安装板的上下位置，可以保证分光镜与其他各光学零件准直。
19.优选地，在ccd上加装一个ccd遮光罩，可以提高遮光性，减少环境光对测量效果的影响。所述ccd芯片可选为大恒金星venus系列相机，型号为ven-161-61u3m/c。
20.优选地，所述ccd安装板包括一个倒t字型轨道槽、四个m1.4的螺纹孔和一个矩形孔，顶部两侧有倒角。所述的倒t字型轨道槽与底座上的倒t字型导轨相匹配，便于ccd安装板在底座上的固定和移动；用四个m1.4的螺栓通过螺栓连接的方式将ccd和ccd安装支柱固定在ccd安装板的螺纹孔上。
21.优选地，所述光阑包括一个倒t字型轨道槽、一个拨杆、一个矩形槽和一组遮光片，顶部两侧有倒角。所述的拨杆由两根圆柱组成，这两根圆柱其中一根为细长圆柱与遮光片相连，另一根为粗短圆柱置于矩形槽外侧便于拨动；所述一组遮光片由十二个环形遮光片组成，该环形遮光片一端为光滑孔，另一端为凸起圆柱，十二个环形遮光片的凸起圆柱与光滑孔首尾相连；根据实验的需要，拨杆在矩形槽中转动，从而带动遮光片的移动，进而来控制遮光片中心可透过光的通孔的大小；所述的倒t字型轨道槽与底座上的倒t字型导轨相匹配，便于光阑在底座上的固定和移动。
22.优选地，所述凸透镜安装架包括一个倒t字型轨道槽和一个凸透镜夹持器，顶部两侧有倒角。倒t字型轨道槽与底座上的倒t字型导轨相匹配，便于凸透镜安装架在底座上的固定和移动；凸透镜夹持器中间有一凹槽放置凸透镜，该凸透镜夹持器的直径为与所安装的凸透镜直径相一致，该凸透镜的焦距f为100mm，并且ccd到凸透镜的距离u和被测物体到凸透镜的距离v与凸透镜焦距f的关系满足
23.优选地，所述成像镜头安装架包括一个1-32unf的英制螺纹孔和一个倒t字型导轨，顶部两侧有倒角。1-32unf的英制螺纹孔与市面上流通的各主流成像镜头的螺纹相匹配，通过螺纹连接的方式可将成像镜头固定在成像镜头安装架上；倒t字型轨道槽与底座上的倒t字型导轨相匹配，便于成像镜头安装架在底座上的固定和移动。
24.优选地，所述物光光纤夹持器安装板包括一个旋转支柱、一块安装板、四个紧固螺
栓安装孔和一个直径为的光滑孔。四个紧固螺栓安装孔均匀地分布在安装板的四个角，直径为的光滑孔在安装板的中心；用四个紧固螺栓通过螺栓连接的方式可以将物光光纤夹持器固定在物光光纤夹持器安装板上，物光可以通过直径为的光滑孔射出照射在被测件表面中心；旋转支柱为一圆柱体，可以在物光光纤夹持器支持架的旋转槽内旋转，因此可以根据被测物体安装的位置来调整物光光纤照射在被测物体表面的角度。
25.优选地，所述物光光纤夹持器支持架包括四个紧固螺栓安装孔、一个旋转槽和一个支撑底座。四个紧固螺栓安装孔均匀地分布在物光光纤夹持器支持架的四个角；所述的旋转槽为一圆柱型凹槽并将支撑底座的中心贯通；所述的支撑底座为一扇形。用四个紧固螺栓通过螺纹连接的方式将物光光纤夹持器支持架固定在底座上，将物光光纤夹持器安装板的旋转支柱置于物光光纤夹持器支持架的旋转槽内，物光光纤夹持器安装板的安装板置于物光光纤夹持器支持架的支撑座上，根据被测物体安装的位置，物光光纤夹持器安装板的旋转支柱在物光光纤夹持器支持架的旋转槽内旋转，从而调整物光光纤照射在被测物体表面的角度。
26.优选地，所述物光光纤夹持器和参考光光纤夹持器的型号均为大恒gcx系列，成本较低且便于集成安装。
27.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：
28.1.本发明所设计的测量装置，将实验测量所需要的光学元件集成在一个小的系统中，可以实现对光学零件的夹紧以及准直，以减少工作时调整准直所需要的时间成本和难度；
29.2.本发明通过所设计的导轨和轨道槽，可以根据测量要求灵活地改变测量模式；
30.3.本发明所设计的分光镜底座，分光镜底座上的弹簧夹具可以保证对不同大小分光镜的夹紧，分光镜底座上的调整旋钮可以调整分光镜的上下位置以保证分光镜与其他光学零件的准直；
31.4.本发明所设计的物光光纤夹持器支持架和物光光纤夹持器安装板，可以根据被测物体所放置的位置旋转物光光纤所照射的角度；
32.5.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
33.图1是发明优选实施例的数字散斑干涉微变形测量双模式装置的结构正二视图；
34.图2是发明优选实施例的数字散斑干涉微变形测量双模式装置的结构侧视图；
35.图3是ccd安装板的示意图；
36.图4是分光镜底座的示意图；
37.图5是光阑的示意图；
38.图6是凸透镜安装架的示意图；
39.图7是成像镜头安装架的示意图；
40.图8是物光光纤夹持器安装板的示意图；
41.图9是物光光纤夹持器支持架的示意图；
42.图10是底座的示意图；
43.图11是发明优选实施例的数字散斑干涉微变形测量双模式装置的测量原理图；
44.图12是被测件的微变形实时检测结果图。
45.其中，各图示代号的含义为：
46.1.底座；2.ccd安装板；3.ccd安装支柱；4.ccd；5.ccd遮光罩；6.分光镜；7.分光镜底座；8.光阑；9.凸透镜安装架；10.成像镜头安装架；11.成像镜头；12.m6螺纹孔；13.导轨；14.紧固螺栓；15.物光光纤夹持器安装板；16.物光光纤夹持器；17.物光光纤夹持器支持架；18.参考光光纤夹持器；19.m1.4螺纹孔；20.轨道槽；21.分光镜底座前后外壳；22.分光镜底座左右外壳；23.弹簧夹具；24.分光镜安装板；25.调整旋钮；26.调整板；27.分光镜底座底板；28.拨杆；29.遮光片；30.凸透镜夹持器；31.1-32unf螺纹孔；32.旋转支柱；33.紧固螺栓安装孔；34.直径为的光滑孔；35.安装板；36.旋转槽；37.支撑底座；38.挡板。
具体实施方式
47.下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
48.实施例一：
49.在本实施例中，如图1和图2所示，一种数字散斑干涉微变形测量双模式装置，包括底座1、ccd安装板2、ccd安装支柱3、ccd4、分光镜6、分光镜底座7、光阑8、凸透镜、凸透镜安装架9、成像镜头安装架10、成像镜头11、物光光纤夹持器安装板15、物光光纤夹持器16、物光光纤夹持器支持架17和参考光光纤夹持器18；在所设计的光路系统中，以垂直于底座1上导轨13的方向为前后方向，靠近成像镜头11的一端为前方，在该方向上，在ccd4之前为分光镜6，分光镜6前为光阑8、凸透镜或成像镜头11；将底座1安装在光学气浮平台上，将ccd安装板2安装在底座1的最左侧的导轨13上，并移动至底座1的挡板38处，用四根ccd安装支柱3将ccd4安装在ccd安装板2的右边；ccd4的右边为分光镜底座7，将分光镜6置于分光镜底座7上的分光镜安装板24上，用弹簧夹具23固定，并用调整旋钮25调整分光镜6的上下位置；将光阑8沿着底座1上的导轨13安装在分光镜6的右侧；将凸透镜安装在凸透镜安装架9上的凸透镜夹持器30的凹槽中，沿着底座1上的导轨13将凸透镜安装架9安装在光阑8的右侧；将成像镜头安装架10沿着底座1上的导轨13安装在底座1最右侧，将成像镜头11旋紧进成像镜头安装架10上；将参考光光纤夹持器18固定在底座1的挡板38上，将参考光光纤固定在参考光光纤夹持器18上，使得参考光正好射入分光镜6的中心；将物光光纤夹持器支持架17固定在底座1上，将物光光纤夹持器16固定在物光光纤夹持器安装板15上，将物光光纤夹持器安装板15的旋转支柱28安装在物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器17上；本装置能够实现离面位移和表面形貌的双模式测量：一个测量模式是，当工作不需要采用成像镜头11而是采用凸透镜时，将成像镜头安装架10沿着底座1上的导轨13移出置于底座1的右侧不影响实验光路处；另一个测量模式是，当工作不需要采用凸透镜而是采用成像镜头11时，将凸透镜安装架9沿着底座1上的导轨13移出置于底座1的右侧不影响实验光路处。
50.本实施例通过便携的双模式集成测量系统实现对待测件表面微变形进行测量，提高了测量的效率，减少了测量时间和测量误差，可通过一套系统实现物体的轮廓检测和物
体表面的微变形检测。
51.实施例二：
52.在本实施例中，如图1-图11，所述的ccd安装板2包括一个倒t字型轨道槽20、四个螺纹孔19和一个矩形孔，顶部两侧有倒角；所述的倒t字型轨道槽20与底座1上的倒t字型导轨13相匹配，便于ccd安装板2在底座1上的固定和移动；用四个螺栓将ccd安装支柱3固定在ccd安装板2的螺纹孔19上；ccd4固定在ccd安装支柱3上；
53.在ccd4的外面装了一个ccd遮光罩5，从而来提高遮光性，减少环境光对实验结果的影响。
54.所述的分光镜底座7包括一副弹簧夹具23、一个调整旋钮25、一个分光镜安装板24、一块调整板26、前后外壳21、左右外壳22和一块底板27；所述的弹簧夹具23包括两个弹簧和两块长方体型夹紧板；分光镜底座7上的弹簧夹具23根据放置于分光镜安装板24上的分光镜6的大小灵活地改变夹紧力的大小，从而实现分光镜6的固定；所述的左右外壳22为一无盖长方体型结构，左右外壳22的表面有两个紧固螺栓安装孔33、左右外壳22的两侧边各有两个紧固螺栓安装孔33、左右外壳22的底部有两个紧固螺栓安装孔33，右侧的外壳22中心有一光滑孔；所述的前后外壳21为一长方体结构，前后外壳21的表面各有四个紧固螺栓安装孔33均匀地分布在外壳21表面的左右两端；所述的底板27上有四个紧固螺栓安装孔33和一个倒t字型轨道槽20，所述的倒t字型轨道槽20与底座1上的倒t字型导轨13相匹配；所述的调整板26为一长方体平板；用十六个紧固螺栓14将前后外壳21、左右外壳22和底板27安装固定，将调整板26倾斜地放置于中空处，将调整旋钮25安装在右侧外壳22中心的光滑孔内，调整旋钮25较小的圆形凸起顶部与调整板26相接触，将分光镜安装板24置于调整板26上，便于调整旋钮25调整调整板26的位置来控制分光镜安装板24的位置，将弹簧夹具23置于分光镜安装板24上部，两端置于左右外壳22的凹槽内；分光镜底座7上的调整旋钮25根据放置于分光镜安装板24上的分光镜6的大小来调整分光镜安装板24的上下位置，从而保证分光镜6与其余各零件准直，调整旋钮25两端头部均为圆形凸起，调整旋钮25的中间为五个大小不一的圆柱通过内部的螺纹连接在一起，该五个圆柱中最大的圆柱上标有刻度，通过该处圆柱上的刻度读取当前调整旋钮25旋进的距离。
55.所述的光阑8包括一个倒t字型轨道槽20、一个拨杆28、一个矩形槽和一组遮光片29，顶部两侧有倒角；所述的拨杆由两根圆柱组成，这两根圆柱其中一根为细长圆柱与遮光片29相连，另一根为粗短圆柱置于矩形槽外侧便于拨动；所述一组遮光片29由十二个环形遮光片29组成，该环形遮光片29一端为光滑孔，另一端为凸起圆柱，十二个环形遮光片29的凸起圆柱与光滑孔首尾相连；所述的倒t字型轨道槽20与底座1上的倒t字型导轨13相匹配，便于光阑8在底座1上的固定和移动；所述的光阑8的拨杆28根据实验的需要，在矩形槽中转动，从而带动遮光片29的移动，进而来控制遮光片29中心透过光的通孔的大小。
56.所述的凸透镜安装架9包括一个倒t字型轨道槽20和一个凸透镜夹持器30，顶部两侧有倒角；倒t字型轨道槽20与底座1上的倒t字型导轨13相匹配，便于凸透镜安装架9在底座1上的固定和移动；凸透镜夹持器30中间有一凹槽放置凸透镜。
57.所述的成像镜头安装架10包括一个1-32unf的英制螺纹孔31和一个倒t字型导轨20，顶部两侧有倒角；将成像镜头11固定在成像镜头安装架10的1-32unf的英制螺纹孔31上；倒t字型轨道槽20与底座1上的倒t字型导轨13相匹配，便于成像镜头安装架10在底座1
上的固定和移动。
58.所述的物光光纤夹持器安装板15包括一个旋转支柱32、一块安装板35、四个紧固螺栓安装孔33和一个光滑孔34；四个紧固螺栓安装孔33均匀地分布在安装板35的四个角，光滑孔34在安装板35的中心；用四个紧固螺栓14将物光光纤夹持器16固定在物光光纤夹持器安装板15上，物光通过光滑孔34射出照射在被测件表面中心；旋转支柱32为一圆柱体，在物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内旋转。
59.所述物光光纤夹持器支持架17包括四个紧固螺栓安装孔33、一个旋转槽36和一个支撑底座37；四个紧固螺栓安装孔33均匀地分布在物光光纤夹持器支持架17的四个角；所述的旋转槽36为一圆柱型凹槽并将支撑底座37的中心贯通；所述的支撑底座37为一扇形；用四个紧固螺栓14将物光光纤夹持器支持架17固定在底座1的挡板38上，将物光光纤夹持器安装板15的旋转支柱32置于物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内，物光光纤夹持器安装板15的安装板35置于物光光纤夹持器支持架17的支撑底座37上；在工作时，所述物光光纤夹持器安装板15上的旋转支柱32能够在物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内旋转，根据被测物体放置的位置，灵活地调整物光照射在被测物体上的角度。
60.本实施例测量装置，将实验测量所需要的光学元件集成在一个小的系统中，可实现对光学零件的夹紧以及准直，以减少工作时调整准直所需要的时间成本和难度；本实施例通过所设计的导轨和轨道槽，可以根据测量要求灵活地改变测量模式；本实施例所设计的分光镜底座，分光镜底座上的弹簧夹具可以保证对不同大小分光镜的夹紧，分光镜底座上的调整旋钮可以调整分光镜的上下位置以保证分光镜与其他光学零件的准直；本实施例所设计的物光光纤夹持器支持架和物光光纤夹持器安装板，可以根据被测物体所放置的位置旋转物光光纤所照射的角度。
61.实施例三：
62.在本实施例中，在底座1上开设有导轨13，该导轨为倒t字型结构，所述倒t字型导轨13尺寸为：倒t字型导轨13顶部凹槽的宽与深度的比值为1：1，倒t字型导轨13底部凹槽的宽与深度的比值为3：1，与放置于底座1上的ccd安装板2的倒t字型轨道槽20、分光镜底座7的倒t字型轨道槽20、光阑8的倒t字型轨道槽20、凸透镜安装架9的倒t字型轨道槽20和成像透镜安装架10的倒t字型轨道槽20相匹配，所述倒t字型轨道槽20尺寸为：倒t字型轨道槽20顶部的厚度与高度的比值为1：1，倒t字型轨道槽20底部的厚度与高度的比值为3：1，从而实现各零件在底座1上的移动和固定。
63.本实施例数字散斑干涉微变形测量双模式装置，通过所设计的倒t字型导轨和倒t字型轨道槽，可以根据测量要求灵活地改变测量模式。
64.实施例四：
65.在本实施例中，参见图1-图11。一种数字散斑干涉微变形测量双模式装置，包括底座1、ccd安装板2、ccd安装支柱3、ccd4、ccd遮光罩5、分光镜6、分光镜底座7、光阑8、凸透镜、凸透镜安装架9、物光光纤夹持器安装板15、物光光纤夹持器16、物光光纤夹持器支持架17和参考光光纤夹持器18。由图1和图2可知，在所设计的光路系统中，以垂直于底座1上导轨13的方向为前后方向，凸透镜安装架9的一端为前方，在该方向上，在ccd4之前为分光镜6，分光镜6前为光阑8和凸透镜。用四个m6的螺栓将底座1安装在光学气浮平台上。将ccd安装板2安装在底座1的最左侧的导轨13上，并移动至底座1挡板处，用四根ccd安装支柱3和m1.4
的螺栓将ccd遮光罩5和ccd4安装在ccd安装板2的右边。ccd4的右边为分光镜底座7，根据图4可知，分光镜底座7包括一副弹簧夹具23、一个调整旋钮25、一个分光镜安装板24、一块调整板26、前后外壳21、左右外壳22和一块底板27。用十六个紧固螺栓通过螺纹连接的方式将前后外壳21、左右外壳22和底板27安装固定，将调整板26倾斜地放置于中空处，将调整旋钮25安装在右侧外壳22中心的光滑孔内，调整旋钮25较小的圆形凸起顶部与调整板26相接触，将分光镜安装板24置于调整板26上，便于调整旋钮25调整调整板26的位置来控制分光镜安装板24的位置，将弹簧夹具23置于分光镜安装板24上部，两端置于左右外壳22的凹槽内。将分光镜6置于分光镜底座7上的分光镜安装板24上，用弹簧夹具23固定，并用调整旋钮25调整分光镜6的上下位置。将光阑8沿着底座1上的导轨13安装在分光镜6的右侧。将凸透镜安装在凸透镜安装架9上的凸透镜夹持器30的凹槽中，沿着底座1上的导轨13将凸透镜安装架9安装在光阑8的右侧。用紧固螺栓14将参考光光纤夹持器18固定在底座1的挡板38上，将参考光光纤固定在参考光光纤夹持器18上。用紧固螺栓14将物光光纤夹持器支持架17固定在底座1上，将物光光纤夹持器16固定在物光光纤夹持器安装板15上，将物光光纤夹持器安装板15的旋转支柱32安装在物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器17上。用ccd4自带的数据线将ccd4与计算机相连，实时检测结果由matlab程序实现。
66.测试时，将被测件置于光学气浮平台上，保证中心与上述装置的中心准直。由光纤激光器发出两束激光，一束固定在物光光纤夹持器18上照射被测件，一束固定在参考光光线夹持器上从分光镜6的侧边射入，一束作为物光，一束作为参考光，物光照射到物体表面反射后和参考光在ccd4靶面处发生干涉，ccd4记录变形前后的两幅散斑干涉图。
67.物体变形前，ccd4记录的强度信息为：
[0068][0069]
其中，i0为物光光强，ir为参考光光强。
[0070]
物体形变后，ccd4记录的强度信息为：
[0071][0072]
其中，为离面形变的相位差，为物光与参考光的相位差。
[0073]
物体离面形变量ω与相位差的关系：
[0074][0075]
其中，θ为入射光线与出射光线之间的夹角，λ为光源波长。
[0076]
通过变形前后的散斑干涉图像进行解算，即可求得物体的离面变形。
[0077]
本实施例装置能够直接提供被测件的微变形实时测量的结果，提供更加可靠的表征方式，通过闭环系统实现测量，避免了人工操作时引入的环境误差，从而降低了测量的不确定度，减少了测量时间。
[0078]
实施例五：
[0079]
在本实施例中，参见图1-图11。所设计的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，包括底座1、ccd安装板2、ccd安装支柱3、ccd4、ccd遮光罩5、分光镜6、分光镜底座7、光阑8、成像镜头安装架10、成像镜头11、物光光纤夹持器安装板15、物光光纤夹持器16、物光光纤夹
持器支持架17和参考光光纤夹持器18。由图1和图2可知，在所设计的光路系统中，以垂直于底座1上导轨13的方向为前后方向，靠近成像镜头11的一端为前方，在该方向上，在ccd4之前为分光镜6，分光镜6前为光阑8和成像镜头11。用四个m6的螺栓将底座1安装在光学气浮平台上。将ccd安装板2安装在底座1的最左侧的导轨13上，并移动至底座1挡板处，用四根ccd安装支柱3和m1.4的螺栓将ccd遮光罩5和ccd4安装在ccd安装板2的右边。ccd4的右边为分光镜底座7，根据图4可知，分光镜底座7包括一副弹簧夹具23、一个调整旋钮25、一个分光镜安装板24、一块调整板26、前后外壳21、左右外壳22和一块底板27。用十六个紧固螺栓通过螺纹连接的方式将前后外壳21、左右外壳22和底板27安装固定，将调整板26倾斜地放置于中空处，将调整旋钮25安装在右侧外壳22中心的光滑孔内，调整旋钮25较小的圆形凸起顶部与调整板26相接触，将分光镜安装板24置于调整板26上，便于调整旋钮25调整调整板26的位置来控制分光镜安装板24的位置，将弹簧夹具23置于分光镜安装板24上部，两端置于左右外壳22的凹槽内。将分光镜6置于分光镜底座7上的分光镜安装板24上，用弹簧夹具23固定，并用调整旋钮25调整分光镜6的上下位置。将光阑8沿着底座1上的导轨13安装在分光镜6的右侧。将成像镜头安装架10沿着底座1上的导轨13安装在底座1最右侧，将成像镜头11旋紧进成像镜头安装架10上的1-32unf螺纹孔31中。将参考光光纤固定在参考光光纤夹持器18上。用紧固螺栓14将物光光纤夹持器支持架17固定在底座1的挡板38上，将物光光纤夹持器16固定在物光光纤夹持器安装板15上，将物光光纤夹持器安装板15的旋转支柱32安装在物光光纤夹持器支持架17的旋转槽36内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器17上。用ccd4自带的数据线将ccd4与计算机相连，实时检测结果由matlab程序实现。
[0080]
测试时，将被测件置于光学气浮平台上，保证中心与上述装置的中心准直。由光纤激光器发出两束激光，一束固定在物光光纤夹持器18上照射被测件，一束固定在参考光光线夹持器上从分光镜6的侧边射入，一束作为物光，一束作为参考光，物光照射到物体表面反射后和参考光在ccd4靶面处发生干涉，ccd4记录变形前后的两幅散斑干涉图。
[0081]
本实施例采用分光镜底座，分光镜底座上的弹簧夹具可以保证对不同大小分光镜的夹紧，分光镜底座上的调整旋钮可以调整分光镜的上下位置以保证分光镜与其他光学零件的准直。本实施例所设计的物光光纤夹持器支持架和物光光纤安装板，可以根据被测物体所放置的位置旋转物光光纤所照射的角度。本实施例通过便携的双模式集成测量系统实现对待测件表面微变形进行测量，提高了测量的效率，减少了测量时间和测量误差，可通过一套系统实现物体的轮廓检测和物体表面的微变形检测。
[0082]
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，包括底座(1)、ccd安装板(2)、ccd安装支柱(3)、ccd(4)、分光镜(6)、分光镜底座(7)、光阑(8)、凸透镜、凸透镜安装架(9)、成像镜头安装架(10)、成像镜头(11)、物光光纤夹持器安装板(15)、物光光纤夹持器(16)、物光光纤夹持器支持架(17)和参考光光纤夹持器(18)；在所设计的光路系统中，以垂直于底座(1)上导轨(13)的方向为前后方向，靠近成像镜头(11)的一端为前方，在该方向上，在ccd(4)之前为分光镜(6)，分光镜(6)前为光阑(8)、凸透镜或成像镜头(11)；将底座(1)安装在光学气浮平台上，将ccd安装板(2)安装在底座(1)的最左侧的导轨(13)上，并移动至底座(1)的挡板(38)处，用四根ccd安装支柱(3)将ccd(4)安装在ccd安装板(2)的右边；ccd(4)的右边为分光镜底座(7)，将分光镜(6)置于分光镜底座(7)上的分光镜安装板(24)上，用弹簧夹具(23)固定，并用调整旋钮(25)调整分光镜(6)的上下位置；将光阑(8)沿着底座(1)上的导轨(13)安装在分光镜(6)的右侧；将凸透镜安装在凸透镜安装架(9)上的凸透镜夹持器(30)的凹槽中，沿着底座(1)上的导轨(13)将凸透镜安装架(9)安装在光阑(8)的右侧；将成像镜头安装架(10)沿着底座(1)上的导轨(13)安装在底座(1)最右侧，将成像镜头(11)旋紧进成像镜头安装架(10)上；将参考光光纤夹持器(18)固定在底座(1)的挡板(38)上，将参考光光纤固定在参考光光纤夹持器(18)上，使得参考光正好射入分光镜(6)的中心；将物光光纤夹持器支持架(17)固定在底座(1)上，将物光光纤夹持器(16)固定在物光光纤夹持器安装板(15)上，将物光光纤夹持器安装板(15)的旋转支柱(28)安装在物光光纤夹持器支持架(17)的旋转槽(36)内，将物光光纤固定在物光光纤夹持器(17)上；本装置能够实现离面位移和表面形貌的双模式测量：一个测量模式是，当工作不需要采用成像镜头(11)而是采用凸透镜时，将成像镜头安装架(10)沿着底座(1)上的导轨(13)移出置于底座(1)的右侧不影响实验光路处；另一个测量模式是，当工作不需要采用凸透镜而是采用成像镜头(11)时，将凸透镜安装架(9)沿着底座(1)上的导轨(13)移出置于底座(1)的右侧不影响实验光路处。2.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的底座(1)为一l型结构，底座(1)的结构包括四个螺纹孔(12)、五个倒t字型导轨(13)、左侧有挡板(38)；挡板(38)上有两组螺栓孔组，每组由四个紧固螺栓孔(33)组成，其中一组螺栓孔组中心有光滑孔(34)；用四个螺栓通过螺纹孔(12)将底座(1)固定在光学气浮平台上，保证测量的稳定性；用八个紧固螺栓(14)将参考光光纤夹持器(18)和物光光纤夹持器支持架(17)分别固定挡板(38)上的两组紧固螺栓孔组处；参考光光纤的中心正对着光滑孔(34)，允许参考光通过并照射在分光镜(6)的中心。3.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的ccd安装板(2)包括一个倒t字型轨道槽(20)、四个螺纹孔(19)和一个矩形孔，顶部两侧有倒角；所述的倒t字型轨道槽(20)与底座(1)上的倒t字型导轨(13)相匹配，便于ccd安装板(2)在底座(1)上的固定和移动；用四个螺栓将ccd安装支柱(3)固定在ccd安装板(2)的螺纹孔(19)上；ccd(4)固定在ccd安装支柱(3)上；或者，在ccd(4)的外面装了一个ccd遮光罩(5)，从而来提高遮光性，减少环境光对实验结果的影响。4.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的分光镜底座(7)包括一副弹簧夹具(23)、一个调整旋钮(25)、一个分光镜安装板(24)、一块调
整板(26)、前后外壳(21)、左右外壳(22)和一块底板(27)；所述的弹簧夹具(23)包括两个弹簧和两块长方体型夹紧板；分光镜底座(7)上的弹簧夹具(23)根据放置于分光镜安装板(24)上的分光镜(6)的大小灵活地改变夹紧力的大小，从而实现分光镜(6)的固定；所述的左右外壳(22)为一无盖长方体型结构，左右外壳(22)的表面有两个紧固螺栓安装孔(33)、左右外壳(22)的两侧边各有两个紧固螺栓安装孔(33)、左右外壳(22)的底部有两个紧固螺栓安装孔(33)，右侧的外壳(22)中心有一光滑孔；所述的前后外壳(21)为一长方体结构，前后外壳(21)的表面各有四个紧固螺栓安装孔(33)均匀地分布在外壳(21)表面的左右两端；所述的底板(27)上有四个紧固螺栓安装孔(33)和一个倒t字型轨道槽(20)，所述的倒t字型轨道槽(20)与底座(1)上的倒t字型导轨(13)相匹配；所述的调整板(26)为一长方体平板；用十六个紧固螺栓(14)将前后外壳(21)、左右外壳(22)和底板(27)安装固定，将调整板(26)倾斜地放置于中空处，将调整旋钮(25)安装在右侧外壳(22)中心的光滑孔内，调整旋钮(25)较小的圆形凸起顶部与调整板(26)相接触，将分光镜安装板(24)置于调整板(26)上，便于调整旋钮(25)调整调整板(26)的位置来控制分光镜安装板(24)的位置，将弹簧夹具(23)置于分光镜安装板(24)上部，两端置于左右外壳(22)的凹槽内；分光镜底座(7)上的调整旋钮(25)根据放置于分光镜安装板(24)上的分光镜(6)的大小来调整分光镜安装板(24)的上下位置，从而保证分光镜(6)与其余各零件准直，调整旋钮(25)两端头部均为圆形凸起，调整旋钮(25)的中间为五个大小不一的圆柱通过内部的螺纹连接在一起，该五个圆柱中最大的圆柱上标有刻度，通过该处圆柱上的刻度读取当前调整旋钮(25)旋进的距离。5.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的光阑(8)包括一个倒t字型轨道槽(20)、一个拨杆(28)、一个矩形槽和一组遮光片(29)，顶部两侧有倒角；所述的拨杆由两根圆柱组成，这两根圆柱其中一根为细长圆柱与遮光片(29)相连，另一根为粗短圆柱置于矩形槽外侧便于拨动；所述一组遮光片(29)由十二个环形遮光片(29)组成，该环形遮光片(29)一端为光滑孔，另一端为凸起圆柱，十二个环形遮光片(29)的凸起圆柱与光滑孔首尾相连；所述的倒t字型轨道槽(20)与底座(1)上的倒t字型导轨(13)相匹配，便于光阑(8)在底座(1)上的固定和移动；所述的光阑(8)的拨杆(28)根据实验的需要，在矩形槽中转动，从而带动遮光片(29)的移动，进而来控制遮光片(29)中心透过光的通孔的大小。6.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的凸透镜安装架(9)包括一个倒t字型轨道槽(20)和一个凸透镜夹持器(30)，顶部两侧有倒角；倒t字型轨道槽(20)与底座(1)上的倒t字型导轨(13)相匹配，便于凸透镜安装架(9)在底座(1)上的固定和移动；凸透镜夹持器(30)中间有一凹槽放置凸透镜。7.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的成像镜头安装架(10)包括一个1-32unf的英制螺纹孔(31)和一个倒t字型导轨(20)，顶部两侧有倒角；将成像镜头(11)固定在成像镜头安装架(10)的1-32unf的英制螺纹孔(31)上；倒t字型轨道槽(20)与底座(1)上的倒t字型导轨(13)相匹配，便于成像镜头安装架(10)在底座(1)上的固定和移动。8.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述的物光光纤夹持器安装板(15)包括一个旋转支柱(32)、一块安装板(35)、四个紧固螺栓安装孔(33)和一个光滑孔(34)；四个紧固螺栓安装孔(33)均匀地分布在安装板(35)的四个角，光
滑孔(34)在安装板(35)的中心；用四个紧固螺栓(14)将物光光纤夹持器(16)固定在物光光纤夹持器安装板(15)上，物光通过光滑孔(34)射出照射在被测件表面中心；旋转支柱(32)为一圆柱体，在物光光纤夹持器支持架(17)的旋转槽(36)内旋转。9.根据权利要求1所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，所述物光光纤夹持器支持架(17)包括四个紧固螺栓安装孔(33)、一个旋转槽(36)和一个支撑底座(37)；四个紧固螺栓安装孔(33)均匀地分布在物光光纤夹持器支持架(17)的四个角；所述的旋转槽(36)为一圆柱型凹槽并将支撑底座(37)的中心贯通；所述的支撑底座(37)为一扇形；用四个紧固螺栓(14)将物光光纤夹持器支持架(17)固定在底座(1)的挡板(38)上，将物光光纤夹持器安装板(15)的旋转支柱(32)置于物光光纤夹持器支持架(17)的旋转槽(36)内，物光光纤夹持器安装板(15)的安装板(35)置于物光光纤夹持器支持架(17)的支撑底座(37)上；在工作时，所述物光光纤夹持器安装板(15)上的旋转支柱(32)能够在物光光纤夹持器支持架(17)的旋转槽(36)内旋转，根据被测物体放置的位置，灵活地调整物光照射在被测物体上的角度。10.根据权利要求1或2所述的数字散斑干涉微变形测量双模式装置，其特征在于，在底座(1)上开设有导轨(13)，该导轨为倒t字型结构，所述倒t字型导轨(13)尺寸为：倒t字型导轨(13)顶部凹槽的宽与深度的比值为1：1，倒t字型导轨(13)底部凹槽的宽与深度的比值为3：1，与放置于底座(1)上的ccd安装板(2)的倒t字型轨道槽(20)、分光镜底座(7)的倒t字型轨道槽(20)、光阑(8)的倒t字型轨道槽(20)、凸透镜安装架(9)的倒t字型轨道槽(20)和成像透镜安装架(10)的倒t字型轨道槽(20)相匹配，所述倒t字型轨道槽(20)尺寸为：倒t字型轨道槽(20)顶部的厚度与高度的比值为1：1，倒t字型轨道槽(20)底部的厚度与高度的比值为3：1，从而实现各零件在底座(1)上的移动和固定。
技术总结本发明公开了一种数字散斑干涉微变形测量双模式装置，通过所设计的倒T字型导轨和倒T字型轨道槽，可以根据测量要求灵活地改变测量模式。本发明所设计的分光镜底座，分光镜底座上的弹簧夹具可以保证对不同大小分光镜的夹紧，分光镜底座上的调整旋钮可以调整分光镜的上下位置以保证分光镜与其他光学零件的准直。本发明所设计的物光光纤夹持器支持架和物光光纤安装板，可以根据被测物体所放置的位置旋转物光光纤所照射的角度。本发明通过便携的双模式集成测量系统实现对待测件表面微变形进行测量，提高了测量的效率，减少了测量时间和测量误差，可通过一套系统实现物体的轮廓检测和物体表面的微变形检测。和物体表面的微变形检测。和物体表面的微变形检测。
技术研发人员：陈柱 魏启宇 于瀛洁 何婷婷 常林 林星羽
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：2022.05.23
技术公布日：2022/11/1
