Способ контроля размеров и формы объектов Советский патент 1979 года по МПК G01B9/21 

1

Изобретение относится к оптическим измерениям на основе голографии и спектр-интерферометрии и предназначено для бесконтактного контроля размеров и формы объектов, например, серийных изделий путем сравнения с эталонным объектом и получения разностных интерференционных контурных карт рельефа поверхности. Изобретени может применяться также для контроля размеров и формы объектов и при отсутствии эталонного объекта за счет получения интерференционных кортурных карт рельефа поверхности.;

Известен способ контроля размеров и формы объектов, заключающийся в получении разностных интерференционных контурных карт рельефа поверхности, характеризующих отличие в размерах и форме между контролируемьм и эталонным объектами l .

С целью повышения точности контроля в процессе записи голограммы на hee фокусируют совмещенные изображения эталонного и контролируемого объектов гпричем пучки, отраженные от этих объектов, используют как опорные по отношению друг к другу и как объектные по отношению к ним самим.

Недостаток известного способа заключается в его пониженной чувствительности, больше чем на порядок уступающей теоретически возможной.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что отраженное волновое поле излучения модулируют после первой экспозиции по закон5

AcicosoL

ii. ,

др

COBfi

где ОС- угол освещения объекта;

Ь- угол отражения излучения от объекта.

Согласно изобретению освещают сравниваемые объекты когерентным излучением, после чего оптически совмещают отраженное от сравниваемых объектов излучение и производят запись голограммы однократной экспозицией (метод реального масштаба времени), или двойной экспозицией (метод двойной экспозиции). Далее, как и в основном способе, выполняют операцию изменения оптического пути в части голографической схемы, содержащей освещающий источник, сравнивае -5ые объекты н голограмму. Данная операция выполняется после первой эк-спозидии и может быть выполнена в различны.; вариантах: смещением освещающего источника, изменением ег длины волны или изменением коэффициента преломления жидкости, в которую помещены сравниваемые объекты.

Рассмотрим, в качестве примера, вариант указанной операции, основан вый на смещении освещающего источника. Как известно, информация по поверхностной микрост)уктуре объекта, если последняя превышает длину волны освещающего излучения, переносится на отраженное излучение. Микрструктура поверхности диффузно отражающи: объектов является случайной функцией пространственных координат поэтому отраженное волновое поле таже становится случайной функцией упомянутого аргумента. В результате смещения освещающего источника диаграмма направленности отраженного излучения поворачивается и волновое поле в плоскости голограммы (или в плоскости оптической системы, если записывалась голограмма сфокусированного изображения) смещается относительно своего первоначального положения с

Ввиду уже отмеченного, факта случайной зависимости диффузно отраженных волновых полей от пространственных координат, коррелированный вклад на восстановленном изображении в образование разностных интерференционных контурных карт рельефа поверхности вносят только те части волновых полей (существовавши во вjpeмя первой экспозиции и в реалном масштабе времени или во время первой и второй экспозициях), которые пространственно перекрьшаются в пределах апертуры голограммы или апертуры оптической системы в случа голограммы сфокусированного изображения.

Таким образом, увеличение смещения освещающего источника, необходимое- для увеличения.чувствительности, приводит к увеличению декоррляции волновых полей, образующих на восстановленном изображении разностные интерференционные контурные карты рельефа поверхности, что определяет максимально возможную чувствительность, достигаемую в в основном способе - прототипе.

- Согласно изобретению, между сравниваемыми объектами и гологрс1ммой устанавливают диафрагму,;то есть непрозрачный экран с одним или несколкими отверстиями, которую после первой экспозиции перемещают так, чтобы компенсировать изменение дна граммы направленности излучения отраженного от сравниваемых объектов. Если записывается голограмма рфокусированного изображения, то указанную Диафрагму устанавливают

.между сравниваемыми объектами и оптической системой, фокусиругацей их ,совмещенные изображения в плоскость голограммы.Пусть,например,положение освещающего источника таково,что поверхность контролируемого объекта освещается под углом d-, а для записи голограммы используются волновые поля, диффузно отраженные от поверхности объекта под средним углом

Р), то есть дифрагировавшие на -микроструктуре поверхности, имеющей . средний период Р. Как известно 5 для первого порядка дифракции формула дифракционной решетки имеет .вид:

p(s-indL-sinp) - А , (Л

где Д - длина волны. Дифференцируя (1), получим:

AdCOSdL Др , (2-

COSfb

Таким оВразом, Ъри повороте освещающего излучения на угол дЛволновое поле в плоскости диафрагмы, расположенной на расстоянии 6 от объекта, смещается на величину д|32.

Диафрагму после первой экспозиции перемещают так, чтобы компенсировать изменение диаграммы направленности излучения, отраженного от сравниваемых объектов, то есть перемещают на величину др, Если голограмма записывалась по схемам голографии Френеля или Фурье-Фраунгофера, то волновое поле смещается не только в плоскости диафрагмы, но и в плоскости голограммы. Поэтому волновые поля, образующие интерференционную картину на восстановленном изображении, будут восстановлены с различных участков фотопластинки или другой регистрирующей среды, примененной для записи голограмм, что может исказить интерференционную картину на восстановленном изображении, например, из-за различной толщины фотоэмульсии на различных участк,ах фотопластинки. Изложенные соображения заставляют предпочесть вариант голографии сфокусированного изображения, выбранный и в способе - прототипе. В этом случае интерференционная картина может быть искажена только из-за изменения аберраций по объективу оптической системы, что вносит существенно меньшую, и к тому же не случайную, а систематическую погрешность.

После выполнения описанных операций методом реального масштаба времени или методом двойной экспозиции получают разностные интерференционные контурные карты рельефа поверхности, несущие информацию о различии между сравниваемыми объектами по размерам и форме.

Предлагаемый способ применим также и к способам получения интерференционных контурных карт рельефа поверхности контролируемого объекта Б отсутствие эталонного объекта. Конкретное повышение чувствитель ности, получаемое в результате применения изобретения, зависит от качества оптической системы, использу мой для записи голограммы сфокусиро ванного изображения. Так, объектив типа Индустар-61, применяемый в любительских фотоаппаратах, при экспериментальной проверке предложенного способа позволил получить увеличение чувствительности в 5 раз. Очевидно, применение более качественных объективов позволит получить увеличение чувствительности до максимально возможной теоретически, которая определяется средне-квадратичной высотой микроструктуры поверхности и выиграть в чувствительЬости примерно на порядок. 026 Формула изобретения Способ контроля размеров и формы объектов по авторскому свидетельству СССР № 470699, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности, отраженное волновое поле излучения модулируют после первой экспозиции по закону .п.- cosji где - угол освещения объекта j Р - угол отражения излучения от объекта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 470699, кл. G 01 В 9/021, 3.5.73.