光學三維測量應力應變---三維數字全場（高端）光測力學實驗室

trustyiqi

三維數字全場（高端）光測力學實驗室

實驗室配置：三維相移電子散斑干涉儀*1；三維形貌測量系統（宏觀）*1；三維形貌測量系統（細觀）*1；三維數字圖像相關測量系統*1
實驗室介紹：

三維數字全場光測力學實驗室是以激光干涉技術、光纖傳輸技術、計算機數字圖象處理技術、微電子技術以及新型傳感器等為基礎，以物體表面動靜態三維變形測量為主要測量內容的一套實驗設備，具備國際領先的尖端科技。其非接觸、全場性的實驗測試方法可用于各種不同場合、不同尺度的材料、結構和零部件的力學性能分析與研究。

該實驗室配置一套三維散斑干涉儀，一套宏觀形貌測量系統，一套細觀形貌測量系統以及一套三維數字圖像相關系統，涵蓋了從微觀到宏觀的三維形貌，三維位移場和三維應變場的測量。該實驗室能夠顯著提高高校的硬件設施水平，提升科研能力，同時有助于高校將此類先進技術向更廣泛的工業應用領域拓展。

應用價值：

此類儀器不僅可以為航空航天、機械、微電子、生物等領域的科學研究提供有效的測量手段，而且有些也能直接用于工業生產中重要的檢測操作。

在高校中布置該實驗室，不僅可以提升高校的科研水平，同時可為學生提供全面的教學實驗指導，讓更多人了解該領域先進的測量技術，掌握先進的測量手段，為高校多出高水平的研究成果打下基礎。

業內解決方案：

（1）針對板載芯片封裝結構中由于各層材料熱膨脹系數的差異引起的熱失配現象，可利用數字圖像相關法對板載芯片封裝結構在熱載荷下的表面熱變形分布進行實驗測量。

（2）通過三維電子散斑干涉法，結合四部相移技術和圖像處理技術，將該測量系統應用到柴油機機身部件測量上,得到了機身主軸承孔周的三維位移場,并將此結果作為有限元計算的邊界條件,得到了精確的柴油機機身計算結果,證明這一新技術可為柴油機零部件的強度和剛度分析評價提供一種十分有效的方法。

（3）微結構三維形貌測量系統不僅適用于靜態測量，而且能應用于在動態測量中，特別是微機電系統(MEMS)器件的運動測量。以微諧振器為測試器件，對其運動梳齒結構進行了靜態三維形貌測量，其位移測量精度可達0.5 μm。

（4）使用單個攝像機的二維數字圖像相關方法通常僅局限于平面物體的面內變形測量，而使用兩個攝像機基于雙目立體視覺原理的三維數字圖像相關方法克服了這一局限，可對平面和曲面物體表面的三維形貌和載荷作用下的三維變形進行測量。

三維相移電子散斑干涉儀

（TS-SI-3P）

相移電子散斑干涉（ESPI）技術是繼光彈性和全息干涉等光測力學方法之后發展起來的一種實驗力學新方法。它直接依靠激光干涉和計算機圖像采集處理系統獲得干涉條紋。這種方法在工程上已得到了較廣泛的運用，可用于解決工程中的強度和剛度問題，并可用于殘余應力測量。
        三維相移電子散斑干涉儀可滿足物體表面面內位移和離面位移同時測量的要求。該儀器采用高性能半導體激光器作光源，并配以電子散斑條紋實時顯示和位相處理軟件，使得操作方便、測量結果兼容性強（便于通用數據處理軟件接口）。
主要技術指標：
1. 光源：半導體激光器，功率20mW，波長532nm
2.相機：1280×1024 USB2.0數字攝像頭
3.工作距離：400～800mm
4.條紋分辨率：1/20級條紋
5. 最大范圍：Ф250mm
6. 鏡頭：C接口，f 25mm定焦鏡頭

主要配置:
1.                     主機
2.                     20mW半導體泵浦固體激光器：1個
3.                     TS-1000USB攝像頭（內置）：1只
4.                     C接口25mm定焦鏡頭：1個
5.                     相移器：1個
6.                     1200mm×800mm自動平衡隔振平臺：1套
7.                     品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
8.                     軟件：1套
9.                     演示試件:圓盤受均布載荷，懸臂梁

用途：用于物體表面面內位移和離面位移同時測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

可以測量梁的三維變形分布等

三維形貌測量系統

柵線投影三維形貌測量系統可用于物體表面三維形貌和變形測量。由于該系統既可配備10倍變焦遠距離顯微成像鏡頭，也可配備普通變焦鏡頭，使得該系統能同時滿足細觀及宏觀的測量要求。不僅可用于微電子、生物、微機械等微細結構的形貌及變形測量，也可用于混凝土結構、巖土試樣等大型構件表面形貌和變形測量。系統配有專用的相移條紋圖像處理軟件，使得系統測量精度明顯提高，并且使用方便、操作簡單。

三維形貌測量系統

（宏觀）

主要技術指標：
1.       照明系統：光纖冷光源  150W
2.       顯示速度：25幀/s
3.       圖像采集分辨率：1280×1024
4.       X、Y方向的有效測量范圍：100×140mm[sup]2  [/sup]～ 1000×1400mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的測量分辨力：0.1mm～1.0mm
6.       深度（Z）方向測量范圍：30mm~300mm
7.       Z方向測量分辨力：0.01mm～0.1mm
8.       采用10倍變焦鏡頭
基本配置:
1.       TS-1000USB攝像頭：1只
2.       C接口10倍變焦鏡頭：2只
3.       相移正弦柵線投影儀：1套
4.       150W光纖冷光源：1套
5.       1200mm×800mm光學平臺：1套
6.       液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內存;320GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏;獨立顯卡)
7.       相移三維形貌測量處理軟件
用途： 用于物體表面三維形貌和變形測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

可以測量梁的三維大變形等

三維形貌測量系統

（細觀）

主要技術指標：
1.       照明系統：光纖冷光源  150W
2.       顯示速度：6幀/s
3.       圖像采集分辨率：2560×1920
4.       X、Y方向的有效測量范圍：0.5×0.7mm[sup]2  [/sup]～ 5×7mm[sup]2[/sup]。
5.       X、Y方向的測量分辨力：0.5um(最大放大倍數)～5.0um(最小放大倍數)
6.       深度(Z)方向測量范圍：0.5um~300um(最大放大倍數)~5um~3mm(最小放大倍數)
7.       Z方向測量分辨力：0.01um(最大放大倍數)～0.1um(最小放大倍數)
8.       采用10倍變焦遠距離顯微鏡頭
基本配置:
1.       TS-4000USB攝像頭：1只
2.       150W光纖冷光源：1套
3.       相移正弦柵線投影儀：1套
4.       C接口10倍變焦遠距離顯微鏡頭：2只
5.       1200mm×800mm光學平臺：1套
6.       品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
7.       相移三維形貌測量處理分析軟件
用途： 用于細微物體表面三維形貌和變形測量。
教學

用于材料力學和實驗力學課程的實驗教學。

可以測量微梁的三維大變形等

三維云紋干涉儀

TS-MI-3P

三維云紋干涉儀是由云紋干涉光路和泰曼/格林干涉光路組合而成；將高靈敏度正交型光柵復制在試件的表面，并置于光路系統中，經調試后可分別獲得兩個面內位移場（U和V）和離面位移場（W）；激光是由單模光纖及耦合器分解和傳輸到光路系統中的；光路中置有PZT壓電晶體，通過驅動電源控制和驅動壓電晶體和反射鏡來實現相移技術，相移技術可以使測量靈敏度提高一個量級，儀器還附有加載系統及調節座；配以高溫爐可進行熱變形測量。

主要技術指標：

1、位移靈敏度：  面內u & v 場： 0.417mm (1200 線/mm)，
                 離面 w場： 0.316mm (l/2)
2、相移靈敏度:   ∽20nm/V
3、光場尺寸：    35×35mm
4、測試范圍：    ≤20×20mm
5、條紋分辨率：  優于1/20級條紋
6、測量應變范圍：10me~5%e
7、激光器：      單縱膜，20 mw， λ=532nm  
8、圖像采集：    CMOS攝像頭，分辨率 1280 x 1024，USB接口
9、加載系統：    拉伸、壓縮、彎曲三種加載方式

主要配置：

a)       主機
b)       20mW半導體泵浦固體激光器：1個
c)       TS-1000USB攝像頭（內置）：1只
d)      相移器：1個
e)       光纖：3根
f)        光纖耦合器：1套
g)       1200mm×800mm自動平衡隔振平臺：1套
h)       品牌液晶臺式電腦：1套(雙核處理器;2GB內存;500GB硬盤;19寸寬屏液晶顯示屏)
i)         拉伸、壓縮、彎曲三種加載方式：1套
j)、軟件：1套 (主要功能：相移電壓標定；放大倍數標定；二維應變計算；離面位移場分析；測量結果顯示；結果數據輸出等)

trustyiqi

很好的技術創新，大家可以看一看