專利名稱：實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的剪切方棱鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及剪切電子散斑干涉檢測方法中所用的剪切方棱鏡，屬于實現(xiàn)剪切電子散斑干 涉的剪切方棱鏡技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
利用渥拉斯頓棱鏡作為剪切器件的傳統(tǒng)剪切電子散斑干涉技術(shù)，可以測量物體變形的離 面位移導(dǎo)數(shù)場，進而可以進行無損檢測。目前，實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的器件和方法有以下 二種
1. 常用的是圖1所示利用方解石晶體或者石英晶體制成的渥拉斯頓棱鏡 該棱鏡是由兩個直角棱鏡組成，當一束光垂直入射到棱鏡表面上時，在后表面形成兩束
互相分開的，振動方向互相垂直的平面偏振光。當光線進入第一塊棱鏡后尋常光0光和非尋
常光e光沿同一方向進行，但是它們的速度并不同。在進入第二塊棱鏡以后，由于第二塊棱
鏡的光軸垂直于第一塊棱鏡的光軸，所以在第一塊棱鏡中的尋常光變成了非尋常光，非尋常
光變成了尋常光，在兩塊棱鏡的界面上將分別以相對折射率"J""和"。/ 折射，結(jié)果兩束光
線將在第二塊棱鏡中分開，并在離丌棱鏡時再次折射而形成一定角度分開的偏振光，它們的 振動方向互相垂直。出射光的夾角近似為
p = 2 sin—1 [("() _
其中，""和 分別是棱鏡材料的尋常光和非尋常光折射率，e為棱鏡的頂角。
利用渥拉斯頓棱鏡1實現(xiàn)剪切散斑干涉的光路布置如圖2所示。由渥拉斯頓棱鏡1出來 的是兩束互相錯位的物體2的反射光波，這兩束光互為參考光和物光而干涉，成像在CCD攝 像機4的耙面上。但其振動方向互相垂直，所以需要在棱鏡后加一塊偏振片3，使其振動方 向相同。它的優(yōu)點在于光路布置簡單，兩束相干光波強度基本相等，因而可達到等光強的要 求。其缺點在于渥拉斯頓棱鏡利用價格昂貴的方解石晶體或者石英晶體制成，成本高，尺寸 比較小，使成像受到影響。
2. 用邁克爾遜光路的形式布置光路，如圖3所示。在此光路中，從物體2來的光線經(jīng) 過方棱鏡分成兩束光，再經(jīng)兩個反射鏡5反射，成像在CCD攝像機4的靶面上。只需調(diào)節(jié)其 中一個反射鏡的傾斜角，可以達到圖像錯位的效果。該系統(tǒng)的優(yōu)點是光線分離角連續(xù)可調(diào)， 剪切方向也可以改變，即能控制剪切方向和剪切量，以滿足不同的測量精度要求。該缺點在 于物體的圖像經(jīng)過方棱鏡的多個反射面的發(fā)射，圖像重疊，大大降低了干涉條紋的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有實現(xiàn)剪切電子散斑干涉所用器件及系統(tǒng)中存在的器件昂貴或者干涉條紋 質(zhì)量差等問題，提供一種成本低、干涉條紋質(zhì)量好、能夠?qū)崿F(xiàn)剪切電子散斑干涉的剪切方棱 鏡。
本發(fā)明的實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的剪切方棱鏡由二個普通光學玻璃磨制的直角三角棱鏡 組成，其中一個直角三角棱鏡的斜面上鍍有半透半反膜，這二個直角三角棱鏡的斜面用光學膠粘合在一起形成方棱鏡，該方棱鏡的一個反射面是磨去一個楔角Ct的斜面，(X在l'至20'之 間，在方棱鏡的光線入射面和出射面鍍有增透膜，兩個反射面均鍍有全反射膜。
上述方案將方棱鏡的一個反射面由原來的直面磨去一個楔角a后變?yōu)樾泵?，這樣入射的光 線經(jīng)過非直角反射，出射的二束光線就分開了。該剪切方棱鏡的大小尺寸可根據(jù)成像透鏡的 口徑來定，如果方棱鏡反射面磨去的角度是ot，則光束分開的角度(分束角)是2a。根據(jù)成 像的距離和試件的大小尺寸，a在l'至20'之間。
本發(fā)明采用普通光學玻璃取代了現(xiàn)有技術(shù)中昂貴的方解石晶體，通過對普通光學玻璃制 備的方棱鏡進行磨制得到了圖像錯位的剪切方棱鏡，實現(xiàn)了剪切電子散斑干涉，結(jié)構(gòu)簡單， 成本低廉，成像效果好。


圖1為常用的渥拉斯頓棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為利用渥拉斯頓棱鏡實現(xiàn)剪切散斑干涉的光路布置示意圖。
圖3為利用邁克爾遜光路實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的示意圖。
圖4為本發(fā)明的剪切方棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明剪切方棱鏡的光路示意圖。
圖6為使用本發(fā)明剪切方棱鏡的光路示意圖。
圖7為使用本發(fā)明剪切方棱鏡得到的物體的離面位移導(dǎo)數(shù)場示意圖。
圖中1、渥拉斯頓棱鏡，2、物體，3、偏振片，4、 CCD攝像機，5、反射鏡，6、剪切
方棱鏡。
具體實施方式
實施例
如圖4所示，本發(fā)明的剪切方棱鏡由二個普通光學玻璃磨制的直角三角棱鏡組成，其 中一個直角三角棱鏡的斜面上鍍有半透半反膜，這二個直角三角棱鏡的斜面用光學膠粘合在 一起形成方棱鏡，該方棱鏡的一側(cè)反射面磨去一個小的楔角a，成為一個斜面，該楔角可按照 靈敏度要求在l'至20'之間選擇，磨制時以該反射面與直角三角棱鏡的斜面相交的棱邊為基線 向內(nèi)磨削。在方棱鏡的光線入射面和出射面鍍有增透膜，兩個反射面均鍍有全反射膜。如圖 5所示，入射的光線經(jīng)過非直角反射，出射的二束光線就分開了，如果方棱鏡一邊磨去的角 度是a，則光束分開的角度是2oc。該剪切方棱鏡的大小尺寸可根據(jù)成像透鏡的口徑來定。
如圖6所示，本發(fā)明的剪切方棱鏡6的入射光面對著物體2，出射光面對著CCD攝像機4。 物體2為周邊固定、中心加載的鋁制圓盤，圓盤厚2mm，直徑為60mm，中心用千分尺加載。 物體2與剪切方棱鏡6的距離約為一米。物體2被擴束光照明后，物面表面的反射光經(jīng)過剪 切方棱鏡6、 CCD攝像機4成像。CCD攝像機4的成像鏡頭口徑約50毫米，剪切方棱鏡6也 取50毫米x50毫米。CCD攝像機4的成像通過圖像卡傳送給計算機，并在計算機中進行圖像 的處理。在CCD攝像機4前使用剪切方棱鏡6作為剪切元件，它產(chǎn)生的兩個錯位像的光場均 勻。物光束通過棱鏡后，出來的是兩束互相錯位的物光波，這兩束光互為參考光和物光而干 涉。物體變形前和變形后分別采集圖像并實時相減，相減后呈現(xiàn)的散斑相關(guān)條紋顯示在監(jiān)視 器上。圖7所示為物體的離面位移導(dǎo)數(shù)場條紋?？梢姡迷摷羟蟹嚼忡R可以實現(xiàn)剪切電子 散斑干涉。
權(quán)利要求
1. 一種實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的剪切方棱鏡，該剪切方棱鏡由二個普通光學玻璃磨制的直角三角棱鏡組成，其中一個直角三角棱鏡的斜面上鍍有半透半反膜，這二個直角三角棱鏡的斜面用光學膠粘合在一起形成方棱鏡，其特征是該方棱鏡的一個反射面是磨去一個楔角α的斜面，α在1′至20′之間，在方棱鏡的光線入射面和出射面鍍有增透膜，兩個反射面均鍍有全反射膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)剪切電子散斑干涉的剪切方棱鏡，該剪切方棱鏡由二個普通光學玻璃磨制的直角三角棱鏡組成，其中一個直角三角棱鏡的斜面上鍍有半透半反膜，這二個直角三角棱鏡的斜面用光學膠粘合在一起形成方棱鏡，該方棱鏡的一個反射面是磨去一個楔角α的斜面，α在1′至20′之間，在方棱鏡的光線入射面和出射面鍍有增透膜，兩個反射面均鍍有全反射膜。本發(fā)明采用普通光學玻璃取代了現(xiàn)有技術(shù)中昂貴的方解石晶體，通過對普通光學玻璃制備的方棱鏡進行磨制得到了圖像錯位的剪切方棱鏡，實現(xiàn)了剪切電子散斑干涉，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，成像效果好。
文檔編號G01B11/16GK101430392SQ200810238558
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月18日
發(fā)明者娟 劉, 平 孫, 徐曉東, 林毓梁, 峰 陳, 高秀梅 申請人:濟南鐵道職業(yè)技術(shù)學院