Способ голографической двухэкспозиционной интерферометрии Советский патент 1984 года по МПК G01B9/25 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и- может быть использовано, в частности, для исследования деформаций и вибраций деталей и узлов приборов и машин.

При исследованиях смещений методам голографической интерферометрии двойной экспозиции регистрируют исходную форму поверхности исследуемого объекта, оказывают на него требуемое воздействие, снова регистрируют измененную в результате воздействия форму объекта и пи распределению интерференционных полос на изображении объекта судят об изменении его формы.

Известен способ, согласно которо му форма объекта регистрируется последовательно на одну и ту же голограмму в двух разных состояниях; Оба изображения восстанавливают одновременно и Получают голограмму, соответствующую изменениям, происшедшим с формой .объекта за время между двумя экспозициями. Если обе экспозиции были сделаны в одинаковых условиях освещения и имели одну и ту же продолжительность, то амплитуды обеих восстановленных волн окажутся равными, что обеспечивает высокий, близкий к единице, контраст интерференционной картины Г1.

Этот способ соответствует настройке на интерференционные полосы бесконечной щирины. В случае использонания.монохроматического света это приводит к невозможности измерения смещения величиной меньше Л/4, где А - длина волны используемого света (при Л 6,328 нельзя измерять смещения меньше, примерно 1,) и определения знака смещения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ голографической интерферометрии, заключающийся в записи двух голограмм об.ъекта на одной фотопластине. Перед регистрацией мезвду зкспозициями с помощью поворота одного из зеркал оптической системы задается небольшой угол наклона опорного или объектного светового пучка, величина и направление которого определяются желаемой шириной и направлением несу1Щ1Х интерференционных полос. В этом случае не требуется оптических деталей, и готовленных с высокой точностью 2.

Основным недостатком этого способа является уменьшение контраста интерференционных полос при увеличении их пространственной частоты, что приводит к увеличению погрешности измерений. Понижение контраста полос вплоть до нулевого значения происходит из-за рассогласования спекл-структуры двух изображений, так как при повороте того или иного светового пучка наряду с поворотом одного изображения относительно другого происходит и их взаимное смещение. При смещении порядка нескольких десятков микрометров спекл-структура двух изображений полностью расходится и наблюдать полосы на поверхности объекта невозможно.

Цепью изобретения является повышение точности измерений путем повышения контрастности интерференционных полос.

Для достижения поставленной цели согласно способу голографической двухпозиционной интерферометрии, заклвдчающемуся в регистрации двух голограмм объекта на одной фотопластине, причем перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одном из интерферирукицих пучков с помощью зеркала, и получении голографической интерфёррграммы, перед изменением угла падения пучка сдвигают поступательно фотоматериал в его плоскости на величийу L - Р,

где А - расстояние между центрами

объекта и фотопластины; Д - длина волны света; Р - требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос,

а изменение угла производят на величину

2Г 2ЛВ

где В и С - проекции расстояния между центром фотоматериала и осью зеркала на направление наблюдения и перпендикулярное к нему направление соответственно.

На фиг.1 показана одна из возможных схем реализации описываемого способа; на фиг.2 - схема расположения оптических элементов голографической систе1 а 1 для пояснения сущности способа.

Устройство содержит лазер 1, микрообъектив 2, точечную диафрагму 3, телеобъектив 4, (элементы вместе образуют телескопическую систему), полупрозрачное зеркало 5, объект 6, опоЬное зеркало 7, фотопластину 8 (голограмма), ослабляющий светофильтр 9. Оптическая система, собранная по схеме, показанной на фиг.1, рабо тает следующим образом. Световой пучок лазера 1 расширяетс телескопической системой 2-4 до разме ров предмета и светоделителем 5 напра ется на объект 6 и опорное зеркало которое направляет световой пучок на фотопластинку 8. На эту же фотопластинку попадает сквозь светодели тель 5 и световая волна, рассеянная поверхностью объекта. Таким образом на светочувствительном слое фотопла тинки регистрируется картина интерф ренции двух световых волн (опорной и объектной),что и является сутью г лографической регистрации. Голографическую интерферограмму ,описываемым способом получают следу щим образом. Делают первую экспозицию, сдвига фотопластинку в ее плоскости в треб ,мом направлении на величину полученной из следующих соображений Из схемы расположения оптических элементов голографической системы (фиг.2) получаем 4ct где L - величина смещения фотопластинки ; А - расстояние от объекта до фотопластинки; D - размер объекта; л1) - наибольшее нормальное смеще ние поверхности объекта. Из соотношения (1) ), С другой стороны величину можно пре ставить в виде i ЛБ P.f. , где Р - требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос в 1/мм; Л - длина волны используемого света 60 Подставляя (3) в (2), получаем L M-p Формула (4) показывает зависимость величины смещения фотопластинки от требуемой пространственной частоты несущих интерференционных полос. При второй экспозиции изменяют угол падения пучка на угол L/B TC направление которого зависит от направления смещения фотопластинки (фиг.1). Оказывают на объект требуе- . мое воздействие и делают вторую экспозицию. После фотробработки получают голограмму и устанавливают ее на место экспонирования. Удаляют из оптической системы светоделитель 5 и светофильтр 9 и опорным зеркалом 7 направляют весь световой пучок на голограмму. Наблюдают восстановленное изображение объекта, покрытое интерференционными полосами с заданной частотой Р, по искривлению и смещению которых судят о деформации поверхности объекта. Из теории дифракции углы падения и углы дифракции связаны следующим соотношением - ; 4 siri9 , где а - постоянная дифракционной решетки; Чt - углы падения света; 0,0 - углы дифракции. Для схемы, приведенной на фиг.2, учитывая, что при мапых углах допустимо приближение sinaf igpoiof об , можно принять U) j () SinЧcos +cosl sin;a (7) Так как угол ,б мал, допустимы приближения cos /S - 1, а sinp. С учетом этих приближений формула (7) примет вид S n f S п t/Зcos f. (8) Вычитая в формуле (5) второе уравнение из первого получаем Sin /+5ine-sinЧ-s n9 0 , (Э) а подставляя в (9) условия (6),(8), Sin tO-sini -acosV--rO A Д- . U (о) Из фиг.2 COSW -fJ rПодставляя это значение в (105 и учитьшая, что получаем Г 2Ж 112016 5 10 6 Формула (11) позволяет вычислить точное значение угла поворота опорного зеркала, необходимого для получения несущих интерференционных полос высокого контраста, локализованных на поверхности исследуемого объекта. Таким образом, описываемый способ позволяет повысить точность измерений.

СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ДВУХЭКСПОЗИЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ, заключающийся в регистрации двух голограмм объекта на одной фотопластине, причем перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одном из интерферирующих пучков с помощью зеркала, и получении гологра.фической интерферограммы, отличающийся тем, что, с ,повышения точности измерений путем повышения контраста интерференционных полос, перед изменением угла падения пучка сдвигают поступательно фотоматериал в его плоскости на вели У J. I -.М-р 1- 2 где А - расстояние между центрамц объекта и фотопластины; Р длина волны света; требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос, а изменение угла производят на величину 2Г АВ где В и С - проекции расстояния (Л между центром фотоматериала и осью зеркала на направление наблюдения и перпендикулярное к нему направление соответственно.

flltedMem и его ttsoffffameHuff

Фиг. 2 1 Гектограмма