Голографический интерферометр для контроля формы внутренней поверхности отверстий

СОЮЗ ."ОБЕТСКИНСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОБРЕ ОПИСА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 21) 4916574/2822) 25,01,91(71) Сибирский научно-исследовательский институт оптических систем72) А.В,Логинов и Л А,Борыняк56) 1, Голографические неразрушающие исследования / Под ред. Р,К,Эрфе. М.: Машиностроение, 1979, с.342-343.2. Применение голографической интерферометрии и лазерной техники для контроля качества промышленных изделий. - Руководящие материалы. / Под ред. М,М,Бутусова, Горький, 1975, с,55 - 58.(54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к.контрольноизмерительной технике для измерения форИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к оптическим устройствам измерений, и может быть использовано для измерения формоизменений поверхности отверстий, а также для контроля соответствия исследуемого отверстия эталону,Известен интерферометр для сравнения цилиндрических отверстий 1), содержащий первый обьектив, формирующий два сходящихся пучка, один из которых обьективный, другой- предметный, второй обьектив, формирующий иэображение исследуемой внутренней поверхности объекта путем сведения опорного и обьектного пучков на регистрирующей среде, расположенной в плоскости резкого изображения.) (, 1772617 1)5 8 01 В 11/24, 9/О 2моизменений поверхности отверстий и соответствие ее эталону. Цель - повышение точности измерений и производительности контроля, Устройство работает по методу двух экспозиций. Коллимированный пучок направляется через регистрирующую среду, закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, на отражающий конус, закрепленный соосно внутри исследуемого отверстия. На внешней отражающей поверхности конуса нанесен растр, Отразившись от конуса, свет дифрагирует на исследуемой поверхности и, возвращаясь на регистрирующую среду, интерферирует с падающим излучением, Регистрируется голограмма по схеме Денисюка. Вторая экспозиция регистрирует состояние поверхности отверстия после воздействия на нее, Формоизменение наблюдают по восстановленной интерференционной картине. 1 ил. Исследуемыи обьект находится между двумя обьективами, так что излучение, формируемое первым объективом, проходит через исследуемое отверстие объекта. В качестве регистрирующей пластины используется голографическая пластинка, Для контроля сначала записывается на месте голограмма эталонного отверстия, которая затем служит индикатором при сравнении контролируемых отверстий с эталоном по интерференционным полосам, Чем больше интерференционных полос, тем больше отличается контролируемое цилиндрическое отверстие от эталона,Измерения и контроль отверстий в таком интерферометре трудоемки и не точны, т.к, требуется точное совмещение тождест 1772617венных точек эталона и предмета в пространстве, а это представллет самостолтельную и довольна сложную задачу,решаемую на сегодняшний день только внекоторых частных случаях, Схема интерфе- Брометра со скользящим освещением внутренней поверхности приводит к тому, чтоувеличивается плотность записи на узкой.кольцевой полоске голограммы, при решении обратной задачи, свлзанной с количественной расшифровкой интерферограммы,малые погрешности в исходной информации дают большие отклонения в определлемых параметрах исследуемой поверхности,что существенно увеличивает погрешность 15измерения.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству явллетсяголографический интерфероглетр 21, содержащий источник излучения - лазер, микрообъектив длл расширения пучка,коническуа линзу длл формированил предметного пучка, голограмму для формирования регистрации отклонений внутреннейцилиндрической поверхности ат эталонной. 25Недостатком данного устройства является та, чта опорный пучок проходит черезвсе отверстия саосна с исследуемой цилиндрической поверхностью и при значительных отклонениях формы отверстия 30перекрываются. Укаэанное устройство регистрирует информацию о боковой поверхности исследуемого цилиндрическогоотверстия в скользящих лучах, а это равносильно тому, что исследуется только макроструктура паверхнасги, а информация омикрострукгуре теряется,Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерений иснижение их трудоемкости. 40Поставленная цель достигается тем, чтоизвестный голографический интерферометр для контроля формы внутренней поверхности отверстий, содержащийпоследовательно установленные источник 45излученил, микроабъектив, коллимирующий объектив и регистрирующую среду,снабжен конусом, предназначенным для установки внутри контролируемого отверстияыполненным с внешней отражающей поверхностью, на которую нанесен растр, регистрирующал среда расположена по ходу излучения за каллимирующим объективом в плоскости, перпендикулярной оси интерферометра, и взаимосвязана с вершиной конуса, ориентированного так, что его ось совпадает с осью интерферометра.На чертеже представлена схема реализации голографического интерфераметра. Голографический интерферометр содержит последовательно расположенныеисточник излучения 1 например лазер ЛГ 30), микрообъектив 2 в устройстве использовались 20- и 40-кратные микрообьективыбиологических микроскопов), объектив коллиматора 3 (диаметр обьектива выбираетсяв зависимости от исследуемого отверстия),отражающий конус 4, регистрирующую среду 5 (в устройстве использовались пластинки ПЭ - 2), исследуемое отверстие б.Между углом отражающего конуса 2 Ри параметрами нанесенного на него растрасуществует связь. В соответствии с основным уравнением дифракции(зп ф+ зп р) = КЛ,где ф= 90 - Р угол падения излучения наповерхность растра,р= ф - угол отраженил излучения,Л- длина волны излучения,- период решетки,И - порлдак дифракции (см. И.М.Нагибин "ИнтерФеренция и дифракцил света",г,Ленинград, Машиностроение, 1974, с.325),т.е.А= где А - число штрихов решетки на единицу длины вдоль образующей отражающего конуса.Устройство работает по методу двух экспозиций. Во времл первой экспозиции коллимированный пучок направляется через регистрирующуа среду 5, закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, например с помощью резины, холодной палимериэации СКТН, Луч 1 (см. фиг. ) ат каллимирующего объектива 3 падает под углом ф к нормали оптического растра 4 и, отразившись от нее под углом р, падает на исследуемую поверхность лучом 11. За счет дифракции света на исследуемой поверхности в индикатрисе рассеяния найдетсл ему подобный луч 11 и иэ-эа обратимости хора лучей в дифракцианнай решетке он преобразуется в луч 1. Пучок падает на регистрирующую среду 5 с обратной стороны и интерферирует с падающим излучением, регистрируется голограмма по схеме Денисюка. На фотопластинке 5 во время первой экспозиции регистрируетсл голограмма начального состояния боковой поверхности исследуемого отверстия, После воздействия на объект, а эта может быть либо обработка отверстия, либо сжатие-растяжение, таким же образом регистрируется конечное состояние боковой поверхности второй экспозицией, При восстановлении голограммы по интерференционной карти1772617 оставитель Л, Роженцевахред М.Моргентал Корректор М Редакт мишинец Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 383НИИ ул. Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж не наблюдается формоизменение боковой поверхности отверстия.Для контроля изготавливаемых отверстий и сравнения их с эталоном используется метод трехопорного контакта, совмещающего световые волны, зарегистрированные во время первой экспозиции от эталонной поверхности, со световыми волнами, отраженными от исследуемой поверхности,Количественную информацию можно получить после расшифровки интерферограмм, например, с помощью информационно-измерительной системы,В предлагаемом устройстве угол наблюдения составляет 90, что позволяет определять перемещения Ю, нормальные к боковой поверхности цилиндрического отверстия, по предложенной схеме с высокой точности, так как для определения Я необходимо решать только одно уравнение. Погрешность д д сведена к минимуму; В этом случае: д ЯРА д, 1 А 1, дЯд; Следовательно, погрешность определения компонент перемещения будет определяться в основном погрешностью определения по. рядка интерференционных полос, что существенно снижает погрешность измерения и повышает точность контроля (см.Голографические измерительные системы", Сборник научных трудов, вып.2, под ред. А.Г.Козачка, г.Новосибирск, с.34 - 39), В предлагаемом устройстве глубина исследуемого отверстия может значительно превосходить 5 диаметр отверстия за счет уменьшения углаотражающего конуса, Т.О. снижается ограничение с соотношения диаметра и глубины отверстия, что позволяет расширить область применения такого устройства, 10Формула изобретения Голографический интерферометр дляконтроЪя формы внутренней поверхности 15 отверстий, содержащий последовательноустановленные источник излучения, микро- объектив, коллимирующий объектив и регистрирующую среду, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и 20 производительности контроля, он снабженкорпусом, предназначенным для установки внутри контролируемого отверстия и выполненным с внешней отражающей поверхностью, на которую нанесен растр, 25 регистрирующая среда расположена по ходу излучения за коллимирующим объективом в плоскости, перпендикулярной оси интерферометра, и взаимосвязана с вершиной конуса, ориентированного так, что его 30 ось совпадает с осью интерферометра.Р