專利名稱：多功能白光散斑照相裝置的制作方法
本發(fā)明適用于測量各種物體的變形，特別是可以用非接觸方式遠距離、大面積的測量橋梁等各種大型建筑構(gòu)件的面內(nèi)位移或三維位移、應(yīng)變，也可用于測量穩(wěn)態(tài)振動的波型等動態(tài)參量。
激光全息和激光散斑干涉技術(shù)，是七十年代開始發(fā)展起來的干涉計量技術(shù)。和傳統(tǒng)的機電測量方法比較，具有精度高、非接觸和靈敏度可調(diào)等優(yōu)點，但是全息干涉術(shù)、激光散斑測量只對離面位移、面內(nèi)位移敏感，要測量物體三維變形必須兩種方法結(jié)合使用，但比較麻煩。另外，所使用光源必須是高度相干的激光光源，因此很難在工程現(xiàn)場使用。白光散斑技術(shù)是在激光散斑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有和激光散斑技術(shù)幾乎相同的功能。但是由于光源為普通的白光光源，可以在室內(nèi)外各種條件下使用，擴大了運用范圍。但是經(jīng)典的白光散斑法也只是用來測量面內(nèi)變位和簡單的單向變位，不能適應(yīng)工程實際問題中復雜變形的測量問題。為了對遠距離、大面積、三維變形實測的現(xiàn)場使用的需要，必須探索白光散斑技術(shù)的工程應(yīng)用、完善散斑干涉計量技術(shù)。
本發(fā)明的目的就是要創(chuàng)造一種新的用于白光散斑干涉計量的裝置。它兼有激光全息和激光散斑技術(shù)的優(yōu)點，能夠在各種條件下用來測量遠距離、大面積、三維變形。
白光散斑附著在物體表面上，并隨表面一起運動或變位，如果用透鏡觀察、跟蹤某一斑點的變位，只要在景深范圍內(nèi)，斑點的變位過程處處滿足物象共軛條件。實際上由于總是在確定的方向上觀測散斑運動，因此觀測位置確定了，就能得到同一斑粒的位移在不同觀測方向上所獲得的相應(yīng)分量值。利用在不同方位上同時觀測同一點的相應(yīng)分量值，通過適當計算就能求得該斑?？偽灰疲詥螐埳邎D無法測量三維位移。用兩張散斑圖同時記錄相應(yīng)分量值，通過計算就可確定該物體的三維位移量。
兩張白光散斑圖由兩架照相機同時來完成。但這兩個象平面應(yīng)位于同一水平面上，即由兩張散斑圖獲得同一點的變形量在垂直方向上分量值相同。所以將兩架照相機裝在同一導向軸上，當兩架照相機同時拍攝同一點的散斑圖時，就能保證在同一水平面上得到同一位置的兩張白光散斑圖。
兩架照相機分別裝在大小相同、結(jié)構(gòu)相同的上轉(zhuǎn)盤上，上轉(zhuǎn)盤能在下轉(zhuǎn)盤中轉(zhuǎn)動，從而保證兩相機能調(diào)整相互間的相對角度，兩下轉(zhuǎn)盤能單獨或同時在滑座上移動或旋轉(zhuǎn)。
兩個下轉(zhuǎn)盤分別裝在滑座上，滑座裝在導向軸的兩端，滑座通過絲杠、螺母機構(gòu)可分別在導向軸的兩端相對滑動，用以調(diào)整兩相機的相對距離。導向軸能帶動兩相機同時繞自身軸心旋轉(zhuǎn)。
在轉(zhuǎn)接套的內(nèi)腔裝有絲杠，通過旋轉(zhuǎn)螺母，可使支承套帶動導向軸和照相機上下移動及左右旋轉(zhuǎn)。
在底座上裝有膠輪活腳，使得照相裝置能自由移動，還裝有支腳螺桿，用以調(diào)整照相裝置的傾斜角度。
在一個相機上裝上云紋柵和光源，就可作投影云紋測量。
本發(fā)明通過五個自由度的調(diào)整，能用于大視場、遠距離和大變位的測量，特別是三維位移的測量。還能作投影云紋測量。結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定可靠，使用方便靈活，室內(nèi)外測量皆能應(yīng)用。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下
和實施例給出。
圖1是多功能白光散斑照相裝置的示意圖，(13)、(14)是相機圖2是該裝置剖面示意圖的一半。(1)底座，(2)轉(zhuǎn)接套，(3)絲杠，(4)螺母，(6)手柄，(7)支承套，(8)滑座，(9)導向軸，(10)調(diào)節(jié)螺桿，(11)下轉(zhuǎn)盤，(12)上轉(zhuǎn)盤，(13)相機。
圖3是相機(13)、(14)的A－A剖面示意圖。(15)快門用氣球，(16)照相鏡頭，(17)快門，(18)齒輪軸，(19)鏡頭轉(zhuǎn)接套，(20)齒輪支座，(21)延伸套，(22)套筒，(23)暗合下板，(24)插板，(25)暗合上板，(26)暗合轉(zhuǎn)接座，(27)齒輪，(31)云紋柵，(32)為光源。
圖4是底座(1)的剖面示意圖，(28)支腳螺桿，(29)膠輪活腳。
圖5是相機(14)和導向軸(9)的局部剖面示意圖。
圖6是轉(zhuǎn)接套(2)、絲杠(3)、螺母(4)的局部剖面示意圖。(5)定位螺絲，(6)手柄，(30)緊固手柄。
大位移測量。根據(jù)待測位移大小先選擇橫向放大率M，確定物距，調(diào)整有關(guān)操作系統(tǒng)使象平面與物平面保持平行，觀查表面斑化效果。用觀望鏡觀察斑化表面時，其粒度分布應(yīng)處處清晰，反差明顯。用附帶的“曝光表”對準物面，得到參考曝光時間，實際操作可由實驗確定準確曝光時間，調(diào)好后就可拍攝位移的散斑圖。
大面積測量。根據(jù)實測對象，當待測面積較大時，可采用本機雙鏡頭同時拍照。用兩架相機分別準焦被測表面，在象平面上保持一定的重迭區(qū)(重迭區(qū)大小根據(jù)需要確定)。其他操作同大位移測量。計算分析時先確定公共區(qū)的變位值，然后依次算出其它區(qū)域的變位值。
三維位移測量。測量三維位移必須使用雙鏡頭。用一個相機〔相機(13)或(14)〕正向準焦被測表面(使水平面、物平面平行)，用另一個相機(相機14或13)側(cè)向準焦被測表面的相同位置，根據(jù)表面離面分量和面內(nèi)分量的比值選擇兩相機相對角度φ，調(diào)整操作系統(tǒng)使兩相機的水平面處在同一水平面上，兩相機的橫向放大率M1、M2可以不等。其他操作與大位移測量相同。分析散斑圖由相機(13)〔或相機(14)〕的面內(nèi)分量中求出水平分量x和垂直分量Z，再由相機(14)〔或相機(13)〕的面內(nèi)絕對位移d側(cè)中求出水平分量X，將x、X代入式y(tǒng)＝(X－xCOSφ)／Sinφ得到物面離面分量。
在本裝置中，附加光源(32)和云紋柵(31)，就可做投影云紋測量。
權(quán)利要求1.一種多功能白光散斑照相裝置，其特征是主要是由底座(1)、轉(zhuǎn)接套(2)、絲杠(3)、螺母(4)、定位螺絲(5)、手柄(6)、支承套(7)、滑座(8)、導向軸(9)、調(diào)節(jié)螺桿(10)、下轉(zhuǎn)盤(11)、上轉(zhuǎn)盤(12)、相機(13)、(14)、支腳螺桿(28)、膠輪活腳(29)、緊固手柄(30)等組成，在導向軸的(9)上同時裝有兩個能相互調(diào)整相對距離和相對角度的照相機(13)、(14)。
2.按權(quán)利要求1所述的照相裝置，其特征是相機(13)、(14)主要是由快門用氣球(15)、照相鏡頭(16)、快門(17)、齒輪軸(18)、鏡頭轉(zhuǎn)接套(19)、齒輪支座(20)、延伸套(21)、套筒(22)、暗合下板(23)、插板(24)、暗合上板(25)、暗合轉(zhuǎn)接座(26)、齒輪(27)組成。
3.按權(quán)利要求2所述的照相裝置，其特征是相機(13)、(14)是分別裝在能帶動相機在下轉(zhuǎn)盤(11)里旋轉(zhuǎn)的上輪盤(12)上。
4.按權(quán)利要求1、2和(或)3所述的照相裝置，其特征是下轉(zhuǎn)盤(11)是裝在能在導向軸(9)上來回移動、單獨或同時旋轉(zhuǎn)的滑坐(8)上。
5.按權(quán)利要求4所述的照相裝置，其特征是有能帶著兩相機(13)、(14)繞自己的軸心旋轉(zhuǎn)的導向軸(9)。
6.按權(quán)利要求5所述的照相裝置，其特征是在轉(zhuǎn)接套(2)上裝有可上、下移動和左右旋轉(zhuǎn)導向軸(9)的絲杠(3)、螺母(4)。
7.按權(quán)利要求1、2、3、5和(或)6所述的照相裝置，其特征是在底座(1)上裝有能使該裝置靈活移動的三個或多個膠輪活腳(29)和供調(diào)整該裝置傾斜角度的三個或多個支腳螺桿(28)。
8.按權(quán)利要求7所述的裝置，其特征是有用于投影云紋測量的云紋柵(31)和光源(32)。
專利摘要本實用新型是激光全息和激光散斑干涉技術(shù)的發(fā)展。它解決了激光難于在工程現(xiàn)場上應(yīng)用的問題。該裝置主要有兩架相機裝在同一導向軸上，兩相機的相對位置可調(diào)、導向軸可升降、旋轉(zhuǎn)和傾斜。用普通的太陽光或燈光、用非接觸的方法能測出以前無法測量的大型建筑構(gòu)件(如橋梁等)的大位移、大面積變形量，特別是三維的復雜變形量的測量，也可用于測量穩(wěn)態(tài)振動波型等動態(tài)參量。方法簡便、測量準確、測量范圍廣。還可作投影云紋測量。
文檔編號G01B11/16GK2033891SQ8820337
公開日1989年3月8日 申請日期1988年2月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月9日
發(fā)明者唐光裕, 欒輝春 申請人:唐光裕, 欒輝春