一種非球面光彈性條紋補償裝置的製作方法

2023-06-06 01:20:01

專利名稱：一種非球面光彈性條紋補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型應用於光彈條紋分析法的條紋補償裝置，屬於光學無損檢測技術領域。
背景技術：
目前，光彈條紋分析法是唯一能獲得模型內部應力的試驗方法而得到廣泛應用。但是，光彈條紋具有分布、粗細不均現象:在應力集中區域，條紋密度大(或稱之為梯度大)級數高，而在梯度較低的區域條紋級數低。整數級條紋的級數可以人工判讀，或通過數字圖像處理-提取邊界或條紋中心來獲取。而兩個整數級條紋之間的分數級條紋的級數難以精確獲得。早期用旋轉檢偏鏡的tardy補償法來實現光彈性條紋分數級的確定，但是精度很低。隨著技術的發展，科研人員提出新的補償器來進行條紋的補償，以精確確定分數級條紋的級數。補償器的核心元件為兩塊具有相同角度(2 3°)的石英楔組成。其中一塊固定在支架上，另一塊則與其發生相對移動，這樣可改變兩塊楔的總厚度。這兩塊楔的製作要求較高:1 一必須是同一塊晶體上切割下來，以保證相同的質地和折射率；2—切割的石英楔的光軸必須要求平行於其表面；3 —兩者的光軸布置相互垂直。早期的補償器器受材料、技術的限制，由於調節複雜、精度很難提高，計數判讀困難等缺點而難以得到推廣應用。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供了一種非球面光彈性條紋補償裝置，通過使用裝有人工標尺的補償器，保證調節距離的精確性和極好的重複性，並脫離人工調節帶來的不便和誤差。一種非球面光彈性條紋補償裝置，包括數位相機、適配器、長距離顯微鏡、物鏡、標準鏡、兩個非球面準直鏡、兩個偏振片、兩個1/4波片、補償器、光源和目鏡，其中，補償器包括補償器包括標尺滑塊、石英楔保護外殼、石英楔1、石英楔I1、步進電機、轉盤、底座、連接柱、滑板、彈性聯軸器、絲杆、軸承和螺旋滑動套，其中，石英楔保護外殼為封閉的矩形金屬殼體，連接柱為空心圓柱形殼體；石英楔I固定在石英楔保護外殼內壁上，石英楔保護外殼的外表面安裝石英楔I的對應位置安裝標尺滑塊；滑板固定安裝在石英楔保護外殼內壁與石英楔I相對的位置上，石英楔II設置在石英楔保護外殼內壁的滑板上，步進電機固定在石英楔保護外殼上，其輸出軸與絲杆通過彈性聯軸器連接，絲杆的前端套裝螺旋滑動套，螺旋滑動套固定在石英楔II上，絲杆則通過軸承安裝在石英楔保護外殼上；連接柱的兩端分別固定連接石英楔保護外殼對應安裝石英楔II的底面和轉盤的表面，標尺滑塊、石英楔保護外殼與滑板上均開有位於同一軸線的通孔，通孔的位置對應空心的連接柱的中空部位，轉盤位於底座內部並能繞底座的軸線轉動；光彈性模型凍結切片置於補償器上標尺滑塊的一側，非球面準直鏡、偏振片和1/4波片按順序分成兩組光學元件呈中心對稱分布在補償器的左右兩側，補償器右側一組光學元件的前方設置光源，補償器左側的一組光學元件的前方依次設置標準鏡、物鏡、長距離顯微鏡、適配器和數位相機，以上光學元件的中心均位於通過石英楔保護外殼通孔的同一條直線上；工作原理:首先在光彈性模型凍結切片上標出待測點的位置，從目鏡、長距離顯微鏡、物鏡、標準鏡組合成的光學系統中找到待測點並使之能被清晰的觀察到，操作補償器，只要使步進電機旋轉並驅動其中一塊石英楔平移，就產生補償條紋的移動；將其中一根條紋的中心對準標尺線，當步進電機推動一塊石英楔平移後，可以觀測到補償條紋也平行移動，使第二根條紋的中心也移動到標尺滑塊的位置，此時移動的距離即為該補償器的條紋補償參數-標定值，步進電機的轉動的圈數與平移的距離可根據絲杆的螺距決定。步進電機具有穩定性好、重複性好等優點，同時又精度高，操作者只要輸入相應的脈衝數即可實現自動補償。觀察補償現象並恢復至初始位置，其次數位相機自動記錄:將目鏡取走，分別接上適配器和數位相機後與電腦相連，可從電腦屏幕上直接觀察到補償現象並記錄。從右至左，光源的光線依次透過非球面準直鏡，偏振片、波片、補償器、光彈性模型凍結切片、第二組偏振片及非球面準直鏡，再通過f50標準鏡成像，調節物鏡與標準鏡之間的距離，可實現對所關心處局部的清晰放大；該長距離顯微鏡具有放大率高、遠距離操作、適配目鏡及數位相機等優點。例如採用4X目鏡和2至7倍連續變比的長距離顯微鏡，再加上20X的物鏡，可實現放大率150倍 560倍之間大範圍連續變化下的長距離觀察，然後將目鏡換成數位相機及適配鏡，可將採集到的圖片直接傳輸入電腦，不但實時顯示，而且實現了數位化結果輸出。有益效果:1、採用非球面準直鏡取代了一般成像鏡:不但有效消除像差，提高成像精度，縮短焦距，而且可將成像鏡厚度大為減少，以減輕重量，從而使結構更加輕巧緊湊；2、採用長距離顯微望遠鏡作為觀察系統，並可配置數位相機進行記錄，可對關心處局部進行放大，用眼睛觀察然後將目鏡換成數位相機的適配鏡，並安裝數位相機可將採集到的圖片直接傳輸入電腦，不但實時顯示，而且實現了數位化結果輸出，便於操作者分析；3、採用可替換的標尺來標定條紋移動的確定位置，標尺是一條細線(細鋼絲、頭髮、甚至是纖維等)，由於補償是將O級條紋移動到需要補償點，移動條紋時是否完全移動到補償點是靠眼睛(或數位相機採集到電腦屏幕上)觀察保證，故在不同放大率情況下標尺的粗細則能衡量條紋移動位置的精確性，需要選擇。早期的補償器沒有這一配置，不論對標定還是後續測量都帶來困難，設置成滑塊，標尺可以隨意更換；4、採用步進馬達自動調節補償器中晶體的平移，可以保證調節的精度和良好的重複性，並帶來了自動化的便利，在條紋級數需要通過補償才能確定的情況下，平移的精度是保證標定和測量的精度，精密絲槓2mm/圈，步進馬達的轉動經過細分，精度得到提高，控制程序中還進行了轉角-平移距離的轉換，操作者只要關係平移距離即可，大大方便的試驗人員。早期的補償器對上述平移距離的調節均為手動調節，很難保證精度；利用步進馬達帶動精密絲杆驅動調節平移，可以保證調節距離的精確性和極好的重複性，並脫離人工調節帶來的不便和誤差。

圖1為本實用新型整體結構示意圖；圖2為本實用新型補償器整體的結構示意圖；圖3為本實用新型圖2的左視圖；圖4為本實用新型補償器傳動部分的結構示意圖其中，1-數位相機、2-適配器、3-長距離顯微鏡、4-物鏡、5-標準鏡、6_非球面準直鏡、7-偏振片、8-1/4波片、9-光彈性模型凍結切片、10-補償器、11-光源、12-目鏡、13-石英楔保護外殼、14-標尺滑塊、15-石英楔1、16-石英楔I1、17-步進電機、19-轉盤、20-底座、21-連接柱、22-固定件、23-滑板、24-彈性聯軸器、25-絲杆、26-軸承、27-螺旋
滑動套。
具體實施方式
以下結合附圖並舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。本實用新型提供了一種非球面光彈性條紋補償裝置，包括數位相機1、適配器2、長距離顯微鏡3、物鏡4、標準鏡5、兩個非球面準直鏡6、兩個偏振片7、兩個1/4波片8、補償器10、光源11和目鏡12，其中，補償器10包括標尺滑塊14、石英楔保護外殼13、石英楔I 15、石英楔II 16、步進電機17、轉盤19、底座20、連接柱21、固定件22、滑板23、彈性聯軸器24、絲杆25、軸承26和螺旋滑動套27，其中，石英楔保護外殼13為封閉的矩形金屬殼體，連接柱21為空心圓柱形殼體，石英楔I 15通過固定件22固定在石英楔保護外殼13內壁上，石英楔保護外殼13的外表面安裝石英楔I 15的對應位置安裝標尺滑塊14 ;滑板23固定安裝在石英楔保護外殼13內壁與石英楔I 15相對的位置上，石英楔II 16設置在石英楔保護外殼13內壁的滑板23上，步進電機17固定在石英楔保護外殼13上，其輸出軸與絲杆25通過彈性聯軸器24連接，絲杆25的前端套裝螺旋滑動套27，螺旋滑動套27固定在石英楔II 16上，絲杆25則通過軸承26安裝在石英楔保護外殼14上；連接柱21的兩端分別固定連接石英楔保護外殼13對應安裝石英楔II 16的底面和轉盤19的表面，標尺滑塊14、石英楔保護外殼13與滑板23上均開有位於同一軸線的通孔，通孔的位置對應空心的連接柱21的中空部位，通孔為補償器視場，轉盤19位於底座20內部並能繞底座20的軸線轉動；光彈性模型凍結切片9置於補償器10上標尺滑塊14的一側，一組準直鏡6、偏振片7和1/4波片布置在光彈性模型凍結切片9的左側，另一組準直鏡6、偏振片7和1/4波片布置在補償器10上底座20的一側，兩組非球面準直鏡6、偏振片7和1/4波片呈中心對稱分布，補償器10上底座20 —側的一組非球面準直鏡6、偏振片7和1/4波片的右側設置光源，光彈性模型凍結切片9的左側的一組非球面準直鏡6、偏振片7和1/4波片的左側依次設置標準鏡5、物鏡4、長距離顯微鏡3、適配器2和數位相機I ;以上光學元件的中心均位於通過石英楔保護外殼13通孔的同一條直線上；工作原理:首先在光彈性模型凍結切片9上標出待測點的位置，從目鏡12、長距離顯微鏡3、物鏡4、標準鏡5組合成的光學系統中找到待測點並使之能被清晰的觀察到，操作補償器10，只要使步進電機17旋轉並驅動石英楔II 16平移，就產生補償條紋的移動；將其中一根條紋的中心對準標尺線，當步進電機17推動石英楔II 16平移後，可以觀測到補償條紋也平行移動，使第二根條紋的中心也移動到標尺滑塊14的位置，此時移動的距離即為該補償器的條紋補償參數-標定值，步進電機的轉動的圈數與平移的距離可根據絲杆的螺距決定。步進電機具有穩定性好、重複性好等優點，同時又精度高，操作者只要輸入相應的脈衝數即可實現自動補償。觀察補償現象並恢復至初始位置；其次數位相機自動記錄:將目鏡12取走，分別接上適配器2和數位相機I後與電腦相連，可從電腦屏幕上直接觀察到補償現象並記錄。從右至左，光源11的光線依次透過非球面準直鏡6，偏振片7、波片8、補償器10、光彈性模型凍結切片9、第二組偏振片及非球面準直鏡，再通過f50標準鏡5成像，調節物鏡4與標準鏡5之間的距離，可實現對所關心處局部的清晰放大；該長距離顯微鏡3具有放大率高、遠距離操作、適配目鏡及數位相機等優點。例如採用4X目鏡21和2至7倍連續變比的長距離顯微鏡3，再加上20X的物鏡5，可實現放大率150倍 560倍之間大範圍連續變化下的長距離觀察，然後將目鏡換成數位相機I及適配鏡2，可將採集到的圖片直接傳輸入電腦，不但實時顯示，而且實現了數位化結果輸出。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種非球面光彈性條紋補償裝置，包括數位相機(I)、適配器(2)、長距離顯微鏡(3)、物鏡(4)、標準鏡(5)、兩個非球面準直鏡(6)、兩個偏振片(7)、兩個1/4波片(8)、補償器(10)、光源(11)和目鏡(12);其特徵在於所述補償器(10)包括標尺滑塊(14)、石英楔保護外殼(13)、石英楔I (15)、石英楔II (16)、步進電機(17)、轉盤(19)、底座(20)、連接柱(21)、滑板(23)、彈性聯軸器(24)、絲杆(25)、軸承(26)和螺旋滑動套(27)，其中，石英楔保護外殼(13)為封閉的矩形金屬殼體,連接柱(21)為空心圓柱形殼體；石英楔I (15)固定在石英楔保護外殼(13)內壁上，石英楔保護外殼(13)的外表面安裝石英楔I (15)的對應位置安裝標尺滑塊(14);滑板(23)固定安裝在石英楔保護外殼(13)內壁與石英楔I (15)相對的位置上，石英楔II (16)設置在石英楔保護外殼(13)內壁的滑板(23)上，步進電機(17)固定在石英楔保護外殼(13)上，其輸出軸與絲杆(25)通過彈性聯軸器(24)連接，絲杆(25)的前端套裝螺旋滑動套(27)，螺旋滑動套(27)固定在石英楔II (16)上，絲杆(25)則通過軸承(26)安裝在石英楔保護外殼(14)上；連接柱(21)的兩端分別固定連接石英楔保護外殼(13)對應安裝石英楔II (16)的底面和轉盤(19)的表面，標尺滑塊(14)、石英楔保護外殼(13)與滑板(23)上均開有位於同一軸線的通孔，通孔的位置對應空心的連接柱(21)的中空部位，轉盤(19)位於底座(20)內部並能繞底座(20)的軸線轉動； 光彈性模型凍結切片(9)置於補償器上標尺滑塊(14)的一側，非球面準直鏡(6)、偏振片(7)和1/4波片(8)按順序分成兩組光學元件呈中心對稱分布在補償器(10)的左右兩偵牝補償器(10)右側的一組光學元件的前方設置光源(11)，補償器(10)左側的一組光學元件的前方依次設置標準鏡(5)、物鏡(4)、長距離顯微鏡(3)、適配器(2)和數位相機(I);以上光學元件的中心均位於通過石英楔保護外殼(13)通孔的同一條直線上。
2.如權利要求1所述的非球面光彈性條紋補償裝置，其特徵在於所述目鏡(12)、長距離顯微鏡(3)、物鏡(4)、標準鏡(5)組合成的光學系統能找到並清晰觀察待測點。
專利摘要本實用新型涉及一種非球面光彈性條紋補償裝置，屬於光學無損檢測技術領域。補償器中，兩塊石英楔相對安裝在石英楔保護外殼內，石英楔保護外殼的外表面對應安裝石英楔的位置安裝標尺滑塊；另一塊石英楔設置在石英楔保護外殼內壁的滑動導軌上，步進電機固定在石英楔保護外殼上，其輸出軸與絲杆通過彈性聯軸器連接，絲杆的前端套裝螺旋滑動套，螺旋滑動套固定在與滑動導軌配合的石英楔上，絲杆通過軸承安裝在石英楔保護外殼上；標尺滑塊與滑動導軌上均開有通孔，為補償器視場；通過使用裝有標尺滑塊的補償器，保證調節距離的精確性和極好的重複性，並脫離人工調節帶來的不便和誤差。
文檔編號G01N21/01GK202974839SQ20122049814
公開日2013年6月5日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者陸鵬, 張慶, 劉張超, 羅飛 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所