Процессор для неразрушающего контроля

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН ПЮ а 59 0 01 В 9 021 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5/18-25 8284. Бюл. Р 31 Щербак и Вл.И,Щерба (088.8) аэрушающий контроль ред. Бердичевскогокое радио", 1976, с"Совет ппа.Е,1142, Радиоголография и оптическая обработка информации в микроволновой технике. Под ред. Л.Д.Бахраха и А.П.Курочкина. Л., "Наука", 1980, с. 40-49 (прототип).(54)(57) ПРОЦЕССОР ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЦтЕГО КОНТРОЛЯ, содержащий источник когерентного излучения, блок ввода информации, голограмму и экран, о тл и ч а, ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей процессора и повышения качества контроля, в процессор введен оптический блок, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, состоящего из двух прямоугольных призм, соединенных по гипотенузе, на которую нанесено частинс отражающее покрытие, на боковых гранях параллелепипеда расположены управляемое зеркало, связанное с блоком ввода информации, и голограмма, на верхнем основании его расположен отражатель, и двухканальный оптический переходник с поглощающими стенками, расположенный за голограммой, причем на выходах каналов переходника расположены экран и фотопреобразователь, связанный с визуальным индикатором, при црФ этом угол разворота каналов переходника равен 2 у = 4 9 , где В - угол наклона гипотенузы призм относительно основанияпараллелепипеда, В с 45,Изобретение относится к контролюкачества и надежности элементовэлектронной аппаратуры и может бытьиспользовано для неразрушающего контроля качества микросхем или модульных электронных схем, а также для 5исследования тепловых полей и их визуализации.Известно устройство, использующеев качестве информативного параметраинфракрасное поле, излучаемое испытываемым образцом 1 3,Недостатком этого устройства является невозможность определения локальных перегревов испытываемого образца.Известно также устройство, которое содержит точечный инфракрасныйрадиометр, вдоль которого сканируютобразец при поможи координатногостола 1 1.Недаста ком такого устройстваявляется наличие длительных механических операций при сканировании.Наиболее близким к предлагаемомуявляется оптический процессор, котоРый содержит последовательно распслаженные источник излучения, блокввода информации (ВВИ, оптическуюсистему пространственной обработки,включающую голограмму и индикатор 2 1Недостатком известного устройства является невозможность контролякачества работы элементов электрон -ной аппаратуры.Целью изобретения является расширение функциональных воэможнос ейпроцессора и повышение качества контРоля.Цель достигается тем, что в процессор для нераэрушающего контроля, содержащий источник когерентнога излучения, блок ввода информации, голо Ограмму и экран, вьеден оптическийблок, выполненный в вице прямоугольного параллелепипеда, состоящего издвух прямоугольных призм, соединенных па гипотенузе, на которую нанесено частична отражающее покрытие,на боковых гранях параллелепипеда.расположены управляемое зеркала, связанное с блоком ввода информации, иголограмма, а на верхнем основанииего расположен отражатель, и двухканальный оптический переходник споглощающими стенками, расположенныйэа голограилай, поичем на выходахканалов переходника расположены экрани фатапреобраэаватель, сязнй с виэуальным инцикаторам, при этом уголразворота каналов переходника ранен2 т = 40 , где В - угол наклона гипотенузы призм относительна основания параллелепипеда, 8 ( 45, 6 ОНа чертеже приведена функциональная схема предлагаемого процессорадля неразрушающего контроля качества,В процессе источник 1 когерентногаизлучения оптически связан с фатапреабраэователем 2 и экраном 3 через Формирователь 4, оптический блок 5, голограмму б и оптический переходник 7. Фатопреобраэователь 2 подключен своим выходом к входу ийдикатора 8. БВИ 9 механически связан с оп-.тическим блоком 5, Испытываемый обраэец 10 установлен на входе БВИ 9 исвязан с ним тепловым полем,Оптический блок 5 представляетсобой разделительный параллелепипед,который состоит из двух прямоугольныхтрехгранных призм, На три соседниеграни параллелепипеда нанесены управляемое зеркало 11.,отражатель 12 иголограмма б, а на общую грань 13призм - частично отражающее покрытиеОптический блок 5 является монолитным голографическим интерферометром, в котором излучение источника 1 разделяется частично отражающим покрытием, нанесснным на общую грань 13, на две волны; опорную 14 и информативную 15. Для получения в интерфераметре разноса пространственных частот интерферирующих волн в оптическом блоке 5 общая грань 13 наклонена относительно входной грани на угол О ( 45 С. Это приводит к тому, что информагивная волнаД.5, которая формируется после двухкратного отражения сначала от общей грани, а затем от левой грани, распространяется подглам 26 относительно перпендику.яра к левой грани. Опорная волна 14 после двухкрагнога отражения: сначала от верхней грани параллелепипеда 5, а зате от общей разделительной грани призм, распространяется подуглом минус " относительно перпендикуляра к левой грани. Следовательно, конструкция разделительного параллелепипеда формирует две волны, которые относительно перпендикуляра,восстановленного иэ левой грани параллелепипеда,5, имеют равные по величине и противоположные па знаку углы. При этом величина угла мелку волнами опорной 14 и инФармативной 15 равна 2= 48 и полностью определяется углом наклона разделительной грани 8 относительно основания параллелепипеда 5,Равенство углов прихода волн опорной 14 и информа .ивной 15 на правую плоскость разделительного параллелепипеда 5 приводит к тому, что минус первый дифракционный порядок волны 14,15 1 совпадает по пространственной частоте с нулевым порядком дифракции волны 15 14 ), которые образуются за голограммой б. Если плечи переходника 7 относительно перпендикуляра к левой грани разнести на угол 2 у = 48 то в верхнем плече переходника выделяются волны, имеющие угол плюс 3, а в нижнем - имеющие угол минус у.Это приводит к тому, что на фотопре 1109580образователе 2 выделяются только две волны: нулевой порядок дифракции информативной волны 15 и минус первый порядок дифракции волны 14, который представляет копию эталонной волны, записанной на голограмме. Аналогично на экран 3 придет нулевой поря" док дифракции волны 14 опорной и первый порядок дифракции волны 15 информативной, Благодаря полному равенству углов прихода опорной и информатив ной волн на преобразователе 2 и экране 3 возникает фазоразностная интерФограмма, в которой и закодирована информация о контролируемом объекте.Предлагаемое устройство представ ляет собой двухканальный интерферометр, который состоит из отражателей 12 и 13, разделительного параллелепипеда 5, голограммы б и переходника 7. Монолитное выполнение интерферометра обеспечивает исключение влияния внешних случайных факторов. Внешние стенки 16 переходника 7 покрыты светопоглощающим слоем, что позволяет подавить параэитные порядки дифракции волн 14 и 15 при взаимодействии с голограммой б, а также внешние шумы. Длина пространственных каналов оптического переходника 7 выбирается такой, чтобы нулевой и плюс первый порядки дифракции волн 14 и 15 полностью разошлись в пространстве и не перекрывались.На голограмму б записана интерференция опорной и информативной волн для случая, когда на входе БВИ 9 уста- З 5 новлен контрольный образец.БВИ 9 может быть выполнен, наприер, из матрицы точечных источниковнфракрасного излучения, что позволяет преобразовать пространственное рас пределение теплового поля испытываемого образца в матрицу электрических сигналов, которые через моду.лятор поступают на управляемое зеркало, деформирУя его по закону расп ределения теплового поля испытываемого образца 10. Процессор работает следующим образом.50Тепловое поле испытываемого образца 10 поступает на вход БВИ 9, где, преобразуясь в сигнал управления, деформирует управляемое зеркало 11. Излучение когерентного источника 1 формируется Формирователем 4 в волну с плоским Фазовым фронтом, которая разделяется в оптическом блоке 5 на волны опорную 14 и информативную 15. Волна 14 приходит на голограмму 6, сохраняя плоский фазовый Фронт, а волЖ на 15 модулируется по пространственной фазе управляемым зеркалом 12 и также направляется на голограмму б. Волны 14 и 15 дифрагируют на голограм - ме б, образуя шесть порядков дифрак ции, из которых в оптическом переходнике выделяются две пары волн 17и 18, которая направляется на входфотопреобразователя 2, где образует .интерференционную картину. В своюочередь волны 19 и 20 направляютсяна экран, где также интерферируют.Пары волн 17 и 18, 19 и 20 имеютодинаковые пространственные частоты,так как углы прихода волн 14 и 15 наголограмму равны по величине и противоположны по знаку асимметричнаядифракция ). Волна 17 представляет собой первый порядок дифракции опорнойволны 14, поэтому она является точнойкопией информативной волны контрольного образца, в то время как волна18 является прошедшей составляющейнулевым порядком дифракции ) информативной волны 15, Пространственноераспределение интенсивности на фотопреобразователе 2 является фазоразносткой интерференцией информативныхволй контрольного и испытываемогообразцов, если фазы этих волн контрольного и испытываемого образцов.Если фазы этих волн идентичны (полная идентичность фазовых фронтовволн 17 и 18 означает полную идентичность тепловых полей испытываемого иконтрольного образцов), то распределение интенсивности на входе Фотопреобразователя 2 равномерное. Еслитепловое поле испытываемого образцаотличается от пространственного распределения теплового поля контрольного образца, то интенсивность интерференционной картины претерпевает пространственную амплитудную модуляцию.Причем амплитуда модуляции зависитот величины различия, тепловых полей, а место модуляции однозначносвязано с местом возникновения температурного изменения. Вся эта информация преобразуется преобразователем 2 в электрический сигнал, которыйфиксируется в индикаторе 8. Аналогичные рассуждения справедливы для волн9 и 20 с той лишь разницей, чтоволна 20 является копией опорнойволны, которая восстанавливается информативной волной 15, а волна 19 Гнулевой порядок дифракции опорнойволны. Поэтому картина, возникающаяна экране 3, также является отображением фазоразностной интерференционной картины,Таким образом, если контролируемыйобразец исправен, то на входе Фотопреобразователя 2 и экране 3 возника"ет равномерное распределение интенсивности интерферирующих волн. Привозникновении в контрольном образцелокального дефекта на экране 3 вместе, однозначно связанном с областьювозникновения дефекта, возникает изменение интенсивности свечения экрана,что может быть определено визуально.Заказ 6016/26 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 Точное измерение размеров области, его амплитуды и местонахождения выполянется автоматически индикатором 8 по электрическому сигналу, поступающему с фотопреобразователя 2.Предлагаемый процессор позволяет обеспечить высокочастотный контроль качества элементов электронной аппаратуры; визуализировать на экране тепловое поле испытываемого образца, что особенно важно при исследовании 10 тепловых полей; имитировать тепловое поле образца при разработке новых элементов, подключая вместо БВИ имитатор теплового поля; разрабатывать и изучать динамические модели раэ личных устройств электронной аппаратуры; обеспечить быстрый переход от одного типа изделий к другому заменой голограммы; выявлять локальные дефекты тонкоструктурных элементов типа микросхем; выполнять при необходимости контроль качества не всегоиспытываемого образца, а только отдельного участка, представляющего собой наибольший интерес, обеспечить высокое быстродействие процесса контроля качества, таккак все основныеоперации по обработке сигнала выполняются пространственной оптическойсистемой кроме того благодаря монолитности исполнения интерферометраснижается влияние вибраций и другихслучайных факторов на результатыконтроля, что повышает качество контроля. При замене БВИ процессор может быть использован для контролялюбых пространственных параметров,например механических нагрузок в деталях.