光学量测实习报告-中州科技大学.doc

單元：疊紋干涉量測實驗 一、實驗目的 本實驗主要了解光柵疊紋干涉之意義，並應用於位移或應變之量測方法及產生疊紋之判讀與反應現象之意義。 二、實驗儀器 雷射光源(1、光柵(1、光學尺及檢出器(1、壓克力試片(1。 三、實驗原理 1. 光彈法(Photoelastic Method) 光彈法是一種光學式的全域性應力量測方法，它是採用具有雙折性的透明材料，製成與實際構件形狀相似之模型，並施加與實際構件負載之外力，置於偏振光場中，由於偏振光的光程差的干涉作用，形成明暗相間的條紋，這些條紋代表著模型內部的應力分佈情形，經由光彈理論加以分析，便可確定模型內部各點的應力，再依據模型相似理論，換算成實際構件中的應力。近年來因光電科技及影像處理技術的快速進步，利用電子相機及影像處理系統對光強度的敏銳偵察力，與傳統光彈法結合，發展出數位光彈法，用以判讀小數級條紋級次，減少肉眼判讀所造成的人為誤差。應用含裂縫平板、暫態熱應力的量測、雙重材料、旋轉圓盤的動態問題、牙冠緣咬合時的應力分佈、凸輪的接觸問題 ...等等。 ? 2. 散射光彈法(Scattered-Photoelastic Method)光的散射現像乃當光波在介質中傳播時，由於光和物質的相互作用，介質中的原子或分子中的電子，在光波場作用下，發生受迫振動而輻射出與入射光頻率相同的光波，且此種光波在正交於入射光之方向上是完全偏極化的。在應力檢測上，可利用光之散射所引起的偏極化現像，作為類似光彈儀中檢視鏡或偏極鏡之功能。散射光彈法是將光的散射現像引入光彈性的一種實驗方法。用來研究平面問題，可以簡便的分離應力分量，對三維問題的應力凍結試片可以不必切片;在有些情況下試片也可以不必凍結。對於解決扭轉問題和軸對稱問題比較迅速而有效。 ?雲紋干涉法 雲紋干涉法是一種平面內的量測方法，也就是利用兩組黑白相間隔的光柵互相重疊干涉以產生的條紋圖形，一組是依附於試片上的試片光柵，另一組是位於光源與試片之間的參考光柵。當試片受外力變形時，試片上的光柵便隨之變形，與保持不變的參考光柵互相重疊干涉，雲紋干涉條紋圖便由此產生。 ?陰影雲紋法(Shadow Moire Method) 陰影疊紋法是一種非接觸性、非破壞性且全域性的光測力學方法，主要應用於平面外位移的量測。其原理是利用一組光柵及其投影在物體表面的陰影，因互相重疊干涉所產生的條紋圖形，以量測待測區域內的平面外位移場。因其利用光柵本身與光柵投影在物體表面的陰影相互重疊來產生條紋圖形，故稱之為陰影疊紋法。應用電子構裝體外形之量測、錫球量測...等等。 5. 電子光斑影像干涉術(ESPI) ESPI的原理是利用電子相機在物體變形前後分別取得影像，再以變形後所得之影像減去變形前之影像，即可得到明暗相間的干涉條紋，其中暗紋為整數級次。由光路上的安排，可分別求取平面內及平面外的位移分量。應用表面粗糙度、外形及尺寸的量測、材料波桑比的求取、非破壞性檢測(NDE)、破裂問題之修補效益、振動問題之應用 ...等等。 ?? 光暈法(Method Caustic) 光暈實驗應用彈性體受到外力時，彈性體表面之幾何形狀的改變，若物體為透明材料，則除了表面的幾何形狀改變外，其折射率亦將隨之變化。當光線入射物體時，將因物體表面幾何形態的變化與折射率之改變，而分別造成反射光及穿透光偏離變形前原反射方向。在適當的情況之下(通常存在有應力集中現象)，反射光或穿透光線將在彈性體前或後的空間中形成一高亮度光錐，投影至銀幕上時，將分別形成極亮的聚光曲線即為光暈曲線。為方便影像的處理，現在所使用之光暈法為將傳統的光暈光學系統與影像處理系統相結合而成為數位式光暈法。應力強度因子之測定、熱破裂問題 ...等等。 格子法(Grid Method) 格子法是一種早期的實驗應力分析方法，不使用光學干涉原理。方法是將網格應用於試體表面或是應用於試體內部平面，在載荷前與載荷後，直接量測其兩格子點間的距離，以從事應變與應力分析的工作。此法直接採用位移、變形及應變的定義，故為一直接而簡便的分析方法。 中州技術學院機械與電腦輔助工程系_精密量測實驗室 51003彰化縣員林鎮山腳路三段二巷六號04-8311498_2350