Голографический интерферометр с параллельными световыми пучками Советский патент 1992 года по МПК G01B9/21 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформационных смещений при испытаниях деталей и узлов приборов и машин.

Известен голографический интерферометр, предназначенный для измерения деформационных смещений Получаемые с его помощью голографические интерферог- раммы дают возможность с высокой точностью (до 3 мм) измерить нормальные составляющие деформационных смещений. Однако при этом, во-первых, остаются неизвестными знаки смещений, если интерфе- рограммы получают методом двух экспозиций, и, во-вторых, невозможно измерять смещения меньше четверти длины волны используемого света.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является голографический интерферометр, оборудованный дополнительными устройствами согласно известному способу, суть которого заключается в том, что интерферометр оборудуется специальной голографической кассетой, позволяющей производить заданные поступательные перемещения голограмы в ее плоскости . и специальным устройством для точных угловых поворотов опорного светового пучка вокруг двух ортогональных осей, перпендикулярных оси опорного пучка. Эти дополнительные устройства обеспечивают настройку интерферометра на полосы коVJ

Ј Јь Јъ -N СО

нечной ширины как при работе в реальном масштабе времени, так и при работе методом двух экспозиций. Интерферограммы в полосах конечной ширины, в свою очередь, дают возможность определять знаки изме- ряемых смещений и измерять смещения меньше четверти длины волны используемого света.

Однако, если при работе в реальном масштабе времени в условиях визуального контроля дополнительные устройства обеспечивают уверенную настройку на полосы конечной ширмны высокого контраста, то при работе методом двух экспозиций визуальный контроль настройки невозможен и высокий контраст настроечных полос может быть обеспечен лишь за счет жесткой взаимосвязи поступательных подвижек голограммы и угловых подвижек опорного зеркала. Требования к точности этих подви- жек оказываются столь высокими, что даже применение самых современных прецизионных механизмов не гарантирует получения настроечных полос хорошего контраста. Снижение контраста полос в этом случае приводит к увеличению погрешностей измерений.

Целью изобретения является упрощение конструкции голографического интерферометра.

Цель достигается тем, что в голографи- ческий интерферометр, содержащий источник когерентного излучения и расположенные по ходу излучения телескопическую систему, светоделитель в виде плоскопараллельной пластины, плоское зеркало, размещенное в опорном пучке, введено отсчетное устройство высокой чувствительности, обеспечивающее прецизионные угловые повороты светоделителя вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости первой по ходу световых лучей полупрозрачной поверхности светоделителя.

Для получения настроечных полос за- данной ширины и наклона достаточно между первой и второй экспозициями повернуть светоделитель на расчетные углы вокруг осей Ох (горизонтальная ось) и Оу (вертикальная ось). При этом освещающий световой пучок после отражения от светоде лителя повернется на угол а 2ш х + (Щ у2 в направлении, зависящем от отношения угловахи а у. и в объектный световой пучок перед второй экспозицией будет введена линейно изменяющаяся разность фаз, обеспечивающая настройку интерферометра на полосы конечной ширины, направленные перпендикулярно плоскости угла о.

Так как настройка интерферометра на полосы конечной ширины в принципе не приводит к рассогласованию микроструктуры двух изображений, то интерферограмма характеризуется наивысшим возможным контрастом полос и, следовательно, отпадает необходимость в снабжении плоского зеркала опорного светового пучка и фотокассеты двумя прецизионными механизмами подвижек, чем и достигается упрощение конструкции интерферометра.

Отличительным существенным признаком заявляемого технического решения является отсчетное устройство высокой чувствительности. Из литературы известна такая конструкция устройства. Однако, в данном случае применение отсчетного устройства приводит к получению интерференционной картины высокого контраста с помощью одного прецизионного устройства вместо двух в прототипе, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показана принципиальная схема интерферометра; на фиг. 2 и фиг. 3 - две проекции одной из возможных конструкций устройства для угловых подвижек светоделителя.

Голографический интерферометр состоит из источника света (лазера) 1. плоских зеркал 2, телескопической системы с точечной диафрагмой 3, светоделителя 4, обьекта исследований 5, фотопластинки (голограммы) 6, плоского зеркала опорного светового пучка 7.

Устройство для угловых подвижек светоделителя содержит литую подставку с прорезанным в ней хомутом 8, гайку хомута 9, винт хомута 10, гайку подъемную 11, шток 12, на котором крепится основание, полупрозрачные пластинки (светоделители) 13 14 подсгроечиый винт 15 с контргайкой 16. накладку 17, плоскую.пружину 18, накладку 19, толкатель 20, плату 21, на верхней плоской поверхности которой с помощью подходящего клея (например, типа Циакрин), крепится полупрозрачная пластина 14. две планки 22, закрепленные к основанию 13 с помощью плоской пружины 18 и накладок 17 и 19, шпильки 23, две пружины 24. притягивающие к основанию 13 плату 21 и две планки 22, втулку резьбовую 25, винт настроечный 26, пружину 27. шарик 28, направляющие шпильки 29, диск с указателем 30, шкалу отсчетную 31, маховичок 32.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

1) Юстировка интерферометра.

При юстировке интерферометра отпускают гайку хомута 9 и, опуская или поднимая гайки 1 1 штока, устанавливают требуемую высоту положения центра полупрозрачной пластинки 14. Поворачивая шток 12 в отверстии подставки 8, грубо устанавливают требуемое угловое положение полупрозрачной пластины 14 в плоскости и фиксируют ее в этом положении, затягивая гайку хомута 9.

Отпустив две контргайки 16 с помощью юстировочных винтов 15, устанавливают точное угловое положение полупрозрачный пластины 14, поворачивая ее вокруг осей Ох1 и Оу1, и фиксируют ее в этом положении с помощью контргаек 16.

2) Настройка на полосы конечной ширины.

В отъюстированном интерферометре устанавливают объект исследований 5 и фотопластинку 6 (см. фиг. 1) и производят первую экспозицию. Оказывают на объект требуемое воздействие и производят настройку интерферометра на требуемую частоту полос, наклоненных относительно вертикальной оси Оу на угол а. Для этого маховичками 32 (см. фиг. 2 и 3) по шкалам 31, проградуированным в единицах пространственной частоты, устанавливают требуемые наклоны полупрозрачной пластины 14 относительно осей Оу1 и Ох .

Величины поворота маховичков 32 определяют по формулам

Рх Рсоза . Ру Psin a

где РХ Ру - пространственные частоты интерференционных полос вдоль осей Оу и Оу1 соответственно.

После этого производят вторую экспозицию фотопластинки и, проявив ее, восстанавливают интерферограмму двойной экспозиции в полосах конечной ширины. По величине искривления полос судят о величине смещений исследуемой поверхности объекта, а по знаку искривления полос определяют знаки смещений.

За счет устранения прецизионного механизма поступательных смещений голограмм, который может быть заменен

простой кассетой, упрощается конструкция интерферометра, количество механизмов прецизионных подвижек в интерферометре сокращается вдвое. Кроме того, за счет устранения операции точного согласования поступательного перемещения голограммы с угловыми перемещениями опорного светового пучка уменьшается трудоемкость работы на 10-20%.

Формула изобретения

Голографический интерферометр с параллельными световыми пучками, содержащий источник когерентного излучения и расположеные по ходу излучения телескопическую систему, светоделитель в виде плоскопараллельной пластины, плоское зеркало, размещенные в опорном пучке, и кассету с фотопластиной и механизм угловых поворотов, вокруг двух ортогональных

осей, отличающийся тем, что. с целью упрощения конструкции, механизм угловых поворотов, выполнен отсчетным. а светоделитель установлен на механизме поворотов.

г гпф

,л

/ X X

X х X х X

Изобретение может быть использовано для измерения деформационных смещений пои испытаниях элементов конструкций машин и приборов. Цель изобретения состоит в повышении точности измерений при работе методом двух экспозиций с настройкой на полосы конечной ширины за счет введения дополнительного отсчетного устройства высокой чувствительности, обеспечивающего угловые повороты светоделителя вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Для получения настроечных полос заданной ширины и наклона между первой и второй экспозициями поворачивают светоделитель на расчетные углы вокруг осей Ох и Оу. При этом освещающий световой пучок после отражения от светоделителя повернется на угол « х2 + а у2 в направлении, зависящем от отношения углов (Ј х и и у. и в объектный световой пучок перед второй экспозицией будет введена линейно изменяющаяся разность фаз, обеспечивающая настройку интерферометра на полосы конечной ширины, направленные перпендикулярно плоскости угла а.. 3 ил. (Л С

| // /г / /t /f / | О

CfrfrfrfrAl

oj

Cv