Способ контроля размеров и формы объектов

Союз Советсннк Социалистических РеспубликДополнительное и авт. свий-в Р 470 б 99Заявлено 2804.77 (21) 2488868/18-25 оединением заявки сударетееииый номитет СССР о делам изобретений и открытий(23) ПриоритетОпубликовано 250479 Бюллетень,%15 Дата опубликовании описании 250479 Г.Власов, А,Е.Штанько и А.С.Богомолов ледовательский институт строительной Физик Госстроя СССР Научно 54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ И ФОРМЫ ОБЬЕКТО игается тем, оле излуервой эксИзобретение относится к оптическим измерениям на основе голографиии снектр-интерферометрии и предназначено для бесконтактного контроляразмеров и Формы объектов например,5серийных иэделий путем сравнения сэталонным объектом и получения разностных интерференционных контурныхкарт рельефа поверхности. Изобретениеможет применяться также для контроляразмеров и формы объектов и при отсутствии эталонного объекта за счетполучения интерференционных контурных карт рельефа поверхностиИзвестен способ контроля размеров Ии формы объектов, заключающийся вполучении разностных интерференционных контурных карт рельефа поверхности, характеризующих отличие в размерах и Форме между контролируемьжи эталонньм объектами 11 .С целью повышения точности контроля в процессе записи голограммына Нее Фокусируют совмещенные изображения эталонного и контролируемого"объектов, причем пучки, отраженныеот этих объектов, используют какопорные по отношению друг к другуи как объектные по отношению к нимсамим,36 Недостаток известного способазаключается в его пониженной чувствительности, больше чем на порядокуступающей теоретически возможной.Целью изобретения является повышение чувствительности,Поставленная цель достчто отраженное волновое пчения модулируют после ппозиции по законуЬАсоМ.СОэЬгде б - угол освещения объекта;угол отражения излученияот объекта.Согласно изобретению освещаютсравниваемые объекты когерентнымизлучением, после чего оптическисовмещают отраженное от сравниваемых объектов излучение и производятзапись голограммы однократной экспозицией (метод реального масштабавремени), или двойной экспозицией(метод двойной экспозиции). Далее, как и в основном способе,выполняют операцию изменения оптического пути в части голографической схемы, содержащей освещающийисточник, сравниваемые объекты иголограмму. Данная операция выполняется после первой экспозиции иможет быть выполнена в различныхвариантах: смещением освещающегоисточника, изменением егб длиныволны или изменением коэффициентапреломления жидкости, в которуюпомещены сравниваемые объекты.Рассмотрим, в качестве примера,вариант указанной операции, основан -ный на смещении освещающего источника. Как известно, информация поповерхностной микроструктуре объек Ота, если последняя превышает длинуволны освещающего излучения, переносится на отраженное излучение. Микроструктура поверхности диффузно отражающих объектов является случайнойФункцией пространственных координат,поэтому отраженное волновое поле также становится случайной функциейупомянутого аргумента. В результатесмещения освещающего источника диаграмма направленности отраженногоизлучения поворачивается и волновоеполе в плоскости голограммы (или вплоскости оптической системы, еслизаписывалась голограмма сфокусированного изображения) смещается относительно своего первоначальногоположения.Ввиду уже отмеченного факта случайной зависимости диффузно отраженных волновых полей от пространст- ЗОвенных координат, коррелированныйвклад на восстановленном изображении в образование разностных интерференционных контурных карт рельефа поверхности вносят только те 35части волновых полей (существовавшихво время первой экспозиции и в реальном масштабе времени или во времяпервой и второй экспозициях), котоРые пространственно перекрываются 4 Ов пределах апертуры голограммы илиапертуры оптической системы в случаеголограммы сфокусированного изображения.Таким образом, увеличение смещения освещающего источника, необходимое для увеличения,чувствительности, приводит к увеличению декорреляции волновых полей, образующихна восстановленном изображении разностные интерференционные контурные карты рельефа поверхности, что иопределяет максимально возможнуючувствительность, достигаемую вв основном способе - прототипе.Согласно изобретению, между сравниваемыми объектами и голограммойустанавливают диафрагмуто есть непрозрачный экран с одним или несколь;кими отверстиями, которую послепервой экспозиции перемещают так, 6 Очтобы компенсировать изменение диаграммы направленности излучения,отраженного от сравниваемых объектов. Если записывается голограммаСФокусированного иэображения, то65указанную диафрагму устанавливают между сравниваемыми объектами и оптической системой, фокусирующеих,совмещенные изображения в плоскостьголограммы.Пусть,например, положениеосвещающего источника таково,что поверхность контролируемого объекта освещается под углом Ы а для записиголограммы используются волновыеполя, диффузно отраженные от поверхности объекта под средним угломто есть дифрагировавшие на микроструктуре поверхности, имеющейсредний период Р. Как известно 5для первого порядка дифракции формула дифракционной решетки имеетвид:р(э 1 пд.- з 1 пр) = Л , (1)где А - длина волны. Дифференцируя(1), получим:лссо эж.ф= с), С)Таким образом, при повороте освещающего излучения на угол А волновое поле в плоскости диафрагмы, расположенной на расстоянии В от объекта, смещается на величину Ь 0,Диафрагму после первой экспозиции перемещают так, чтобы компенсировать изменение диаграммы направленности излучения, отраженного от сравниваемых объектов, то есть перемещают на величину А 0 . Если голограмма записывалась по схемам голографиифренеля или фурье-фраунгофера, товолновое поле смещается не тольков плоскости диафрагмы, но и в плоскости голограммы. Поэтому волновыеполя, образующие интерференционнуюкартину на восстановленном изображении, будут восстановлены с различных участков фотопластинки или другой регистрирующей среды, примененной для записи голограмм, что можетисказить интерференционную картинуна восстановленном изображении, например, из-за различной толщиныфотоэмульсии на различных участкахФотопластинки. Изложенные соображения заставляют предпочесть вариантголографии сфокусированного изображения, выбранный и в способе - прототипе. В этом случае интерферен"ционная картина может быть искаженатолько из-за изменения аберраций пообъективу оптической системы, чтовносит существенно меньшую, и к томуже не случайную, а систематическуюпогрешность,После выполнения описанных операций методом реального масштаба времени или методом двойной экспозицииполучают разностные интерференционные контурные карты рельефа поверхности, несущие информацию о различии между сравниваемыми объектами поразмерам и Форме,Предлагаемый способ применим также и к способам получения интерферен658402 а АсобаР. цйонных контурных карт рельефа поверхности контролируемого объекта в отсутствие эталонного объектаКонкретное повышение чувствительности, получаемое в результате применения изобретения, зависит от качества оптической системы, используемой для записи голограммы сфокусированного изображения, Так, объектив типа Индустар, 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 чувствительйости примерно на порядок. Формула изобретения Способ контроля размеров и формыобъектов по авторскому свидетельству СССР М 470699, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью повы шения чувствительности, отраженноеволновое поле излучения модулируют после первой экспозиции по закону где сС - угол освещения объектар - угол отражения излучения 15 От объекта. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1Авторское свидетельство СССР Р 470699, кл. 0 01 В 9/021, 3.5,73.Составитель Е.АртамоноваРедактор А.Абрамов ТехцедС.Мигай Корректор О.КовинскаяЗаказ М 2038/36 Тираж 865 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва ЖРабская наб. д.45Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4