清华大学2012届毕业论文
测量范围：- 40~500℃； 3.3 光路结构
本系统采用离面位移测试光路进行实验，其光路设计如图3.9 所示，由激光器发出的激光束，经过扩束镜形成光斑放大了的激光束，再经过半反半透镜分成两束光，一束照射到反射镜再返回，另一束照射到金属铜试件的表面再返回，两束返回的光束相互干涉形成干涉条纹，并由CCD接收，通过数据采集卡输入到计算机中显示。
反镜束分射镜激光器图像处理系统扩束镜CCDZ轴computer 铜 板反射镜 图3.9 离面位移测量光路图
3.4 激光散斑干涉测量实验
散斑干涉测量光路涉及参考光与物光的相互干涉，由于两束光之间的光程差大小以及光强度是否相同以及周围杂质光的干扰等都会直接影响散斑干涉条纹的产生与否及质量好坏，加上仪器准直繁琐，受热金属试件变形不明显等因素的影响，这就决定了实验前的调试工作将会耗费大量时间。因此，直接进行高温热变形测量实验比较困难，为此本实验决定分为两个步骤进行：首先搭建系统进行散斑干涉法应力变形测量实验，该实验干涉条纹移动效果比较明显，目的在于调试整个系统的可靠性，当第一个实验取得较好的实验结果时，再利用该系统进行散斑干涉法金属热变形测量实验，省时高效，效果明显。下面我们分别介绍这两个实验的具体过程。 3.4.1 散斑干涉法应力变形测量实验
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应力变形测量实验就是通过给试件施加压力使试件发生位移，从而导致散斑干涉条
纹改变的实验。本实验利用试件夹具背后的旋转螺栓（带有刻度）来给铜片施加不同的压力，具体实验步骤如下：
1、调平实验平台。
2、按照实验光路图3.9摆放好实验仪器，先把各个仪器的中心高度调至共轴。 3、调整He-Ne激光器激光管的俯仰，使激光器发出的光束平行于工作平台的工作面。分别放入扩束镜和准直镜，调节准直镜，使通过它的被扩束的激光变成平行光，平行光束应通过放入光路中（分光镜、被测试件、反光镜等）部件的中心且平行于平台。
4、放入被测试件和CCD摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被试件反射的光的中心照射到CCD摄像机接收表面上。
5、而后放入平面反射镜，要使平面反射镜到分光镜的距离和被测物品到分光镜的距离相同，调节使被平面镜反射的光束的中心也入射到CCD摄像机接收表面上，这时便可以在计算机采集图像的软件上看到干涉条纹。
6、调节CCD接收表面与透镜的距离，使屏幕上得到最清晰、最完整的散斑图像。调节反光镜上的二维调整架的微调旋扭，使得到的图像的干涉图像最清晰且位于中心位置。
7、这时首先采集一张散斑图样，并编号记录；然后调节试件夹具背后的的旋转螺栓开始给试件加压，每次旋转0.5mm，然后采集一次图样，并编号记录；这样采集8到10张图样即可。随着螺栓的调节，计算机屏幕上出现的干涉条纹逐渐增加，且为同心圆环。这里需要注意的是在旋紧螺栓之后，不要马上进行图样采集，要等待测试件平稳后再进行记录。
8、打开计算机上matlab软件，采用相减并取绝对值的算法依次处理采集图样，为了得到图像相关的条纹图，具体采用相邻编号相减的方法处理，即图2减去图1，图3减去图2的方式，依此类推。
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图3.10 实验装置实物图
图3.11 计算机采集的相邻编号散斑图样
图3.12 相减算法处理后得到的散斑干涉条纹图
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3.4.2 散斑干涉法金属热变形测量实验
热变形测量实验是本章的重点，以上应力变形实验已经为该实验的进行做好了准备。将上一个实验的试件换成同样大小的另一块铜板，而将力作用变换为热作用进行实验。故从实验装置和步骤上，本实验与前一个实验比较类似,下面具体介绍实验步骤：
1、将3.4.1中实验步骤1的试件换为相同大小的另一块铜板，其余装置保持不变。 2、微调装置，使计算机屏幕上得到最清晰、最完整的散斑图像，且位于中心位置，这时采集一张散斑图并且编号记录。
3、接下来就可以给试件加热处理了，将加热板放置在待测物体背面，使加热板与铜板尽量全面接触，均匀加热。每隔5秒进行一次散斑图样采集，并编号记录，同时运用红外热像仪对铜板温度进行测试，并记录数据。连续重复操作20次，停止加热。
这里需要注意在加热板放置在待测物背后时，不要马上进行照片记录，因为此时加热板的与物体的摩擦会造成待测物体表面散斑的剧烈振动，变形太大超出测量范围，待接触稳定后再进行采集记录。
4、运用matlab软件处理采集到的散斑图样，得到散斑干涉条纹图。
图3.13 计算机采集到的部分相邻散斑图样
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图3.14 相减处理后得到的散斑条纹图样
3.5本章小结
本章是对第二章提出的测量模型的验证性实验介绍，首先提出了实验验证的基本思路，确立了实验整体框架图。接下来详细介绍了实验过程中所用到器件的相关知识以及选取理由，为接下来的实验过程打下基础；接着给出了实验光路图，确立了整个实验要分两步走的思路。最后一部分介绍了散斑干涉法应力变形测量实验和散斑干涉法金属热变形测量实验的具体步骤，得到了散斑干涉图样，为下一步数据处理验证模型的可行性做好准备。
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