CN202974839U - 一种非球面光弹性条纹补偿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非球面光弹性条纹补偿装置，属于光学无损检测技术领域。补偿器中，两块石英楔相对安装在石英楔保护外壳内，石英楔保护外壳的外表面对应安装石英楔的位置安装标尺滑块；另一块石英楔设置在石英楔保护外壳内壁的滑动导轨上，步进电机固定在石英楔保护外壳上，其输出轴与丝杆通过弹性联轴器连接，丝杆的前端套装螺旋滑动套，螺旋滑动套固定在与滑动导轨配合的石英楔上，丝杆通过轴承安装在石英楔保护外壳上；标尺滑块与滑动导轨上均开有通孔，为补偿器视场；通过使用装有标尺滑块的补偿器，保证调节距离的精确性和极好的重复性，并脱离人工调节带来的不便和误差。

Description

一种非球面光弹性条纹补偿装置

技术领域

本实用新型应用于光弹条纹分析法的条纹补偿装置，属于光学无损检测技术领域。 

背景技术

目前，光弹条纹分析法是唯一能获得模型内部应力的试验方法而得到广泛应用。但是，光弹条纹具有分布、粗细不均现象：在应力集中区域，条纹密度大（或称之为梯度大）级数高，而在梯度较低的区域条纹级数低。整数级条纹的级数可以人工判读，或通过数字图像处理-提取边界或条纹中心来获取。而两个整数级条纹之间的分数级条纹的级数难以精确获得。早期用旋转检偏镜的tardy补偿法来实现光弹性条纹分数级的确定，但是精度很低。随着技术的发展，科研人员提出新的补偿器来进行条纹的补偿，以精确确定分数级条纹的级数。 

补偿器的核心元件为两块具有相同角度（2～3⁰）的石英楔组成。其中一块固定在支架上，另一块则与其发生相对移动，这样可改变两块楔的总厚度。这两块楔的制作要求较高：1—必须是同一块晶体上切割下来，以保证相同的质地和折射率；2—切割的石英楔的光轴必须要求平行于其表面；3－两者的光轴布置相互垂直。 

早期的补偿器器受材料、技术的限制，由于调节复杂、精度很难提高，计数判读困难等缺点而难以得到推广应用。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种非球面光弹性条纹补偿装置，通过使用 装有人工标尺的补偿器，保证调节距离的精确性和极好的重复性，并脱离人工调节带来的不便和误差。 

一种非球面光弹性条纹补偿装置，包括数码相机、适配器、长距离显微镜、物镜、标准镜、两个非球面准直镜、两个偏振片、两个1/4波片、补偿器、光源和目镜，其中，补偿器包括补偿器包括标尺滑块、石英楔保护外壳、石英楔Ⅰ、石英楔Ⅱ、步进电机、转盘、底座、连接柱、滑板、弹性联轴器、丝杆、轴承和螺旋滑动套，其中，石英楔保护外壳为封闭的矩形金属壳体，连接柱为空心圆柱形壳体；石英楔Ⅰ固定在石英楔保护外壳内壁上，石英楔保护外壳的外表面安装石英楔Ⅰ的对应位置安装标尺滑块；滑板固定安装在石英楔保护外壳内壁与石英楔Ⅰ相对的位置上，石英楔Ⅱ设置在石英楔保护外壳内壁的滑板上，步进电机固定在石英楔保护外壳上，其输出轴与丝杆通过弹性联轴器连接，丝杆的前端套装螺旋滑动套，螺旋滑动套固定在石英楔Ⅱ上，丝杆则通过轴承安装在石英楔保护外壳上；连接柱的两端分别固定连接石英楔保护外壳对应安装石英楔Ⅱ的底面和转盘的表面，标尺滑块、石英楔保护外壳与滑板上均开有位于同一轴线的通孔，通孔的位置对应空心的连接柱的中空部位，转盘位于底座内部并能绕底座的轴线转动； 

光弹性模型冻结切片置于补偿器上标尺滑块的一侧，非球面准直镜、偏振片和1/4波片按顺序分成两组光学元件呈中心对称分布在补偿器的左右两侧，补偿器右侧一组光学元件的前方设置光源，补偿器左侧的一组光学元件的前方依次设置标准镜、物镜、长距离显微镜、适配器和数码相机，以上光学元件的中心均位于通过石英楔保护外壳通孔的同一条直线上； 

工作原理：首先在光弹性模型冻结切片上标出待测点的位置，从目镜、长距离显微镜、物镜、标准镜组合成的光学系统中找到待测点并使之能被清晰的 观察到，操作补偿器，只要使步进电机旋转并驱动其中一块石英楔平移，就产生补偿条纹的移动；将其中一根条纹的中心对准标尺线，当步进电机推动一块石英楔平移后，可以观测到补偿条纹也平行移动，使第二根条纹的中心也移动到标尺滑块的位置，此时移动的距离即为该补偿器的条纹补偿参数-标定值，步进电机的转动的圈数与平移的距离可根据丝杆的螺距决定。步进电机具有稳定性好、重复性好等优点，同时又精度高，操作者只要输入相应的脉冲数即可实现自动补偿。 

观察补偿现象并恢复至初始位置，其次数码相机自动记录：将目镜取走，分别接上适配器和数码相机后与电脑相连，可从电脑屏幕上直接观察到补偿现象并记录。 

从右至左，光源的光线依次透过非球面准直镜，偏振片、波片、补偿器、光弹性模型冻结切片、第二组偏振片及非球面准直镜，再通过f50标准镜成像，调节物镜与标准镜之间的距离，可实现对所关心处局部的清晰放大；该长距离显微镜具有放大率高、远距离操作、适配目镜及数码相机等优点。例如采用4X目镜和2至7倍连续变比的长距离显微镜，再加上20X的物镜，可实现放大率150倍～560倍之间大范围连续变化下的长距离观察，然后将目镜换成数码相机及适配镜，可将采集到的图片直接传输入电脑，不但实时显示，而且实现了数字化结果输出。 

有益效果： 

1、采用非球面准直镜取代了一般成像镜：不但有效消除像差，提高成像精度，缩短焦距，而且可将成像镜厚度大为减少，以减轻重量，从而使结构更加轻巧紧凑； 

2、采用长距离显微望远镜作为观察系统，并可配置数码相机进行记录，可 对关心处局部进行放大，用眼睛观察然后将目镜换成数码相机的适配镜，并安装数码相机可将采集到的图片直接传输入电脑，不但实时显示，而且实现了数字化结果输出，便于操作者分析； 

3、采用可替换的标尺来标定条纹移动的确定位置，标尺是一条细线（细钢丝、头发、甚至是纤维等），由于补偿是将0级条纹移动到需要补偿点，移动条纹时是否完全移动到补偿点是靠眼睛（或数码相机采集到电脑屏幕上）观察保证，故在不同放大率情况下标尺的粗细则能衡量条纹移动位置的精确性，需要选择。早期的补偿器没有这一配置，不论对标定还是后续测量都带来困难，设置成滑块，标尺可以随意更换； 

4、采用步进马达自动调节补偿器中晶体的平移，可以保证调节的精度和良好的重复性，并带来了自动化的便利，在条纹级数需要通过补偿才能确定的情况下，平移的精度是保证标定和测量的精度，精密丝杠2mm/圈，步进马达的转动经过细分，精度得到提高，控制程序中还进行了转角-平移距离的转换，操作者只要关系平移距离即可，大大方便的试验人员。早期的补偿器对上述平移距离的调节均为手动调节，很难保证精度；利用步进马达带动精密丝杆驱动调节平移，可以保证调节距离的精确性和极好的重复性，并脱离人工调节带来的不便和误差。 

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图； 

图2为本实用新型补偿器整体的结构示意图； 

图3为本实用新型图2的左视图； 

图4为本实用新型补偿器传动部分的结构示意图 

其中，1-数码相机、2-适配器、3-长距离显微镜、4-物镜、5-标准镜、6-非球面准直镜、7-偏振片、8-1/4波片、9-光弹性模型冻结切片、10-补偿器、11-光源、12-目镜、13-石英楔保护外壳、14-标尺滑块、15-石英楔Ⅰ、16-石英楔Ⅱ、17-步进电机、19-转盘、20-底座、21-连接柱、22-固定件、23-滑板、24-弹性联轴器、25-丝杆、26-轴承、27-螺旋滑动套。 

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。 

本实用新型提供了一种非球面光弹性条纹补偿装置，包括数码相机1、适配器2、长距离显微镜3、物镜4、标准镜5、两个非球面准直镜6、两个偏振片7、两个1/4波片8、补偿器10、光源11和目镜12，其中，补偿器10包括标尺滑块14、石英楔保护外壳13、石英楔Ⅰ15、石英楔Ⅱ16、步进电机17、转盘19、底座20、连接柱21、固定件22、滑板23、弹性联轴器24、丝杆25、轴承26和螺旋滑动套27，其中，石英楔保护外壳13为封闭的矩形金属壳体，连接柱21为空心圆柱形壳体，石英楔Ⅰ15通过固定件22固定在石英楔保护外壳13内壁上，石英楔保护外壳13的外表面安装石英楔Ⅰ15的对应位置安装标尺滑块14；滑板23固定安装在石英楔保护外壳13内壁与石英楔Ⅰ15相对的位置上，石英楔Ⅱ16设置在石英楔保护外壳13内壁的滑板23上，步进电机17固定在石英楔保护外壳13上，其输出轴与丝杆25通过弹性联轴器24连接，丝杆25的前端套装螺旋滑动套27，螺旋滑动套27固定在石英楔Ⅱ16上，丝杆25则通过轴承26安装在石英楔保护外壳14上；连接柱21的两端分别固定连接石英楔保护外壳13对应安装石英楔Ⅱ16的底面和转盘19的表面，标尺滑块14、石英楔保护外壳13与滑板23上均开有位于同一轴线的通孔，通孔的位置对应空心的连接柱21的中空部位，通孔为补偿器视场，转盘19位于底座20内部并能绕底 座20的轴线转动； 

光弹性模型冻结切片9置于补偿器10上标尺滑块14的一侧，一组准直镜6、偏振片7和1/4波片布置在光弹性模型冻结切片9的左侧，另一组准直镜6、偏振片7和1/4波片布置在补偿器10上底座20的一侧，两组非球面准直镜6、偏振片7和1/4波片呈中心对称分布，补偿器10上底座20一侧的一组非球面准直镜6、偏振片7和1/4波片的右侧设置光源，光弹性模型冻结切片9的左侧的一组非球面准直镜6、偏振片7和1/4波片的左侧依次设置标准镜5、物镜4、长距离显微镜3、适配器2和数码相机1；以上光学元件的中心均位于通过石英楔保护外壳13通孔的同一条直线上； 

工作原理：首先在光弹性模型冻结切片9上标出待测点的位置，从目镜12、长距离显微镜3、物镜4、标准镜5组合成的光学系统中找到待测点并使之能被清晰的观察到，操作补偿器10，只要使步进电机17旋转并驱动石英楔Ⅱ16平移，就产生补偿条纹的移动；将其中一根条纹的中心对准标尺线，当步进电机17推动石英楔Ⅱ16平移后，可以观测到补偿条纹也平行移动，使第二根条纹的中心也移动到标尺滑块14的位置，此时移动的距离即为该补偿器的条纹补偿参数-标定值，步进电机的转动的圈数与平移的距离可根据丝杆的螺距决定。步进电机具有稳定性好、重复性好等优点，同时又精度高，操作者只要输入相应的脉冲数即可实现自动补偿。 

观察补偿现象并恢复至初始位置；其次数码相机自动记录：将目镜12取走，分别接上适配器2和数码相机1后与电脑相连，可从电脑屏幕上直接观察到补偿现象并记录。 

从右至左，光源11的光线依次透过非球面准直镜6，偏振片7、波片8、补偿器10、光弹性模型冻结切片9、第二组偏振片及非球面准直镜，再通过f50 标准镜5成像，调节物镜4与标准镜5之间的距离，可实现对所关心处局部的清晰放大；该长距离显微镜3具有放大率高、远距离操作、适配目镜及数码相机等优点。例如采用4X目镜21和2至7倍连续变比的长距离显微镜3，再加上20X的物镜5，可实现放大率150倍～560倍之间大范围连续变化下的长距离观察，然后将目镜换成数码相机1及适配镜2，可将采集到的图片直接传输入电脑，不但实时显示，而且实现了数字化结果输出。 

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种非球面光弹性条纹补偿装置，包括数码相机（1）、适配器（2）、长距离显微镜（3）、物镜（4）、标准镜（5）、两个非球面准直镜（6）、两个偏振片（7）、两个1/4波片（8）、补偿器（10）、光源（11）和目镜（12）；其特征在于所述补偿器（10）包括标尺滑块（14）、石英楔保护外壳（13）、石英楔Ⅰ（15）、石英楔Ⅱ（16）、步进电机（17）、转盘（19）、底座（20）、连接柱（21）、滑板（23）、弹性联轴器（24）、丝杆（25）、轴承（26）和螺旋滑动套（27），其中，石英楔保护外壳（13）为封闭的矩形金属壳体，连接柱（21）为空心圆柱形壳体；石英楔Ⅰ（15）固定在石英楔保护外壳（13）内壁上，石英楔保护外壳（13）的外表面安装石英楔Ⅰ（15）的对应位置安装标尺滑块（14）；滑板（23）固定安装在石英楔保护外壳（13）内壁与石英楔Ⅰ（15）相对的位置上，石英楔Ⅱ（16）设置在石英楔保护外壳（13）内壁的滑板（23）上，步进电机（17）固定在石英楔保护外壳（13）上，其输出轴与丝杆（25）通过弹性联轴器（24）连接，丝杆（25）的前端套装螺旋滑动套（27），螺旋滑动套（27）固定在石英楔Ⅱ（16）上，丝杆（25）则通过轴承（26）安装在石英楔保护外壳（14）上；连接柱（21）的两端分别固定连接石英楔保护外壳（13）对应安装石英楔Ⅱ（16）的底面和转盘（19）的表面，标尺滑块（14）、石英楔保护外壳（13）与滑板（23）上均开有位于同一轴线的通孔，通孔的位置对应空心的连接柱（21）的中空部位，转盘（19）位于底座（20）内部并能绕底座（20）的轴线转动； 

光弹性模型冻结切片（9）置于补偿器上标尺滑块（14）的一侧，非球面准直镜（6）、偏振片（7）和1/4波片（8）按顺序分成两组光学元件呈中心对称分布在补偿器（10）的左右两侧，补偿器（10）右侧的一组光学元件的前方设置光源（11），补偿器（10）左侧的一组光学元件的前方依次设置标准镜（5）、 物镜（4）、长距离显微镜（3）、适配器（2）和数码相机（1）；以上光学元件的中心均位于通过石英楔保护外壳（13）通孔的同一条直线上。 

2.如权利要求1所述的非球面光弹性条纹补偿装置，其特征在于所述目镜（12）、长距离显微镜（3）、物镜（4）、标准镜（5）组合成的光学系统能找到并清晰观察待测点。 

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