Устройство интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающего обьекта

(61) Дополнительное н ав (Б) Заявлено 03,03.75(2 51) М,.Кл.е 601 В 9/О 9644/25 ГвсудврствввввФ вамвпт Совета е 1 евеерав СССР пв делам ввверетенив и втврвпвй) УСТРОЙСТВО,ЦЛЯ ИН 1 ЕРФРРЕН 11 И."Н 11 ОГО ИЗМЕРЕНИЯ Г 1 РОЕКЦИ ВЕКТОРЛ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОБЕРХНССТИ 11 ИсЬФУЗНО -,ОТРАБАЮШ ОБЬЕКТР,1 2ЕГО Изобретение относится к устройствам для интерференционных измерений на Основе голографической интенсивности 1 в зарубежной терминологии "5)30 СИЕ и 11 ВигцпийгЦ ") и предназначено для исследоваЕия перемепений поверхности де 1 ффузеЕО-Отражаюцпх объектов или изделий, вознпкаюцепх под действием деформируюшей нагрузки.Известны голографические интерферомет,ры для измерения перемещения объектов,Недостатком этих приборов является невоз,можность выделения отдельных проекций ве 1;-тора перемещеЕП 1 я В прОцессе за 11 иси Голограч" .мы что усложняет методику эксперимента и математические расчеты, поэтому и настоя щее время 1 олографпческце интерферометры применяются в Основном для получения качественных данных 1:11 .Известно также устройство для интерфереепеионного пзмерееп 1 я проекции вектора перемицения поверкеОсти ап"ф; зцо-отражак; щего объекта, содержашее пот яцик когерентного излучениядвуххаца ьЕуа сСтеху ссвеи 1 ения Объекта и одноканальную спсте 1 у аписи информации, сосОяшую пз д 1 афра -ПРИЕМЕЕ де мент руюцегО 323.ройство иМС 11 ЬЩЕЙЕтерферомКСПЕРНМЕЕ1 ьных дан МЫ фОКУСЦ ИЗЛЕЦЕЕ 1 ЕИ иЗтч, у, Г "е 1 зИя с 1 Пцескпе 1 РОЦЕССЕ Э пермоеТа,т проводить из сзв ю, чем голограз-за ошибок ви обработке зкседствие того ч ЧЕ 1 ОС етры, и та н пр ных, всл контраст интерфе ренцнеДУт 1 гхЕ 1 ЕДИНПЦЬ 1 И1 О .КОтраста ннтерференцпонпых полос от коэффициента ко 1 трастности фотозмульсии. Последпее Объясняется отсутствием несущей прострацственчой частоты в голограммах интенсивности, полученных на данном устройстве,-1 В и трудностью выделеппя при восстановленииотдельных порядков диафрагированных волновых поле 1, распрОстрапяОщихся по ОдномуаЕрав,:1 епци,Ввиду низкого контраста интерферее 1 цион 20 пых полос возрастает погрешцость в определе 1 и их координат, Кроме того, при исСЕ.Е 1 ова 1 методом двэй 1 нэ 1 экспозиции для1 ОВ.Оцепи котраста питерферее 1 це 1 онц хперв;.ю и вторую экспозицию зкспониффЯ руют иа раапе фотоп 1 астппкп, делаеот с ионных полос еп 1 когдаз-за независимостиодной иэ них позитив и механически совмещают с другим негативом, что приводит к погрешностям из эа неточ. ого совмещения,Ближайшим техническим решением к предложенному является устройство интерференционного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузнс-отражающего объекта, содержащее источник когерент ного излучения, одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фокусруюший элемент я приемник излучения 1, Введение двухканальной системы записи информации позволяет получать голограммы интенсивности с несущей пространственной частотой и разделять при восстановлешги отдельные порядки дифрагированных волновых полей. В результате этого исчезает зависимость контраста интерференционной картины на восстановленном изображении от коэффициента контрастности фотоэмульсии, что увеличивает точность измерения, Недостатком описанного устройства является невысокая чувствителыг ость.Бель изобретения - повышение чувствительности устройства.Поставленная цель достигается благодаря тому, что в один из кегалов освещения объекта введен оптический элемент, обеспечивающий вращение плоско ти поляризации освещающего излучения, в каждый канал системы записи информации введен анализатор, и в один из каналов системы записи информации введен оптический элемент, обес- печивающий вращение плоскости поляризации отраженного излучения. На чертеже показана принципиальная оптическая схема предложенного устройства.Источник когерентного излучения и двух-, канальная система освещения исследуемого объекта 1 по направлениям 2 и 3 не показаны, Система записи информации состоит иэ двух каналов, расположенных. в направле-ниях 4 и 5. Каждый канал содержит диаф- , рагму- отверстия 6 и 7 в непрозрачномэкране 8, фокусирующий элемент 9 представггяющйй собою оптическую "систему г объектив или линзу) и приемник излучения 10, являющийся квадратичным детектором, например фотопластинку. В один из каналов освещения введен оптический .,лемент 11, обеспечивающий вращение плоскости попяриза 3 ггииосвецгаюшегоизпучения (например, попу-Фволновая пластинка) . В каждый канал сис темы записи информации введен анализатор 12 и 13, и в один из этих каналов введен огтгический элемент 14, обеопечиваюший вра щение плоскости поляризации отраженногоизлучения,В процессе работы двухканальная системаосвещения исследуем ого объекта обеспечиваетб коллимированное освещение по направлениям2 и 3, Так как оба обеспечивагощих пучкаобразованы излучением от одного и тогожекогерентного источника, они поляризован г водной и той же плоскостгг, что показано на фиг, 10 стрелками, пересекающими направления 2 и 3После прохождения освещающего излучениячерез оптический элемент 11 плоскость поляризации освещающего излучения в одномиз каналов изменяется на ортогональную;1 которая показана на чертеже точкой. Ввиду диффузного рассеяния освещающего излучения в каждом из направлегщй 4 и 5распространяются одновременно по два пучка со взаимно ортогональными поляризациями. Анализаторы 12 и 13 пропускаютизлучение одного направления поляризации,так что в каждом из каналов распррстраняется только по одному пучку, йоляризации этих пучков взаимно ортогональны.Оптический элемент 1 4 обеспечивает вращение плоскости поляризации одного иэпучков так, что она становится ортогональной по отношению к своему первоначальному положению и параллельной по отноЗОшению к пучку в другом канале, в резульате чего пучки в различных каналах станоятся когерентными и по поляризации и образуют интерференционную картину в плоскос 35тирегистратора. Используяметод двух эксггозипий и прикладывая к объекту деформирую 1нгую нагрузку, на восстановленном изобракении попучеют интерференционную картину,ггредставляюшую собой изолинии проекции век 1тора перемещения поверхности диффузно-от-ражаюшего объекта на направление, перпендиггулярно биссектрисе угла между направлениями 2 и 3Сравним предложенное устройство саналогом и прототипом по чувствительности и точностным характеристикам, В аналоге используется двухканальное освещение исследуемого объекта и одноканальнаясистема записи информации, распол женнаясиметрично. оптической оси, отсутствуюттакже элементы 11-14. Интерферограмма на восстановленном изображении описьг-вается уравнением,56гдебГ, - проекция вектора перемещенияна направление, перпендикулярное оптической оси-угол между оптической осью инаправлениями освещения объекта Йпощ Ю,вием образования одной интерференционной полосы, можно замеритьф /2 ййЯПри освещении по касательной к поверхности (макисмальная теоретическая чувст вительность): ЬШ=1, Ф = ф 2В голографической интерферометрии при освещении нормально к поверхности и наблюдении по касательной к ней (максималь ная теоретическая чувствительность 61 = 7 Таким образом, чувствительность аналога превышае г чувствительность голографического интерферометра, но точность измерения неудовлетворительна,В прототипе используют одноканальную систему освещения объекта и двухканальную систему записи информации (один из освещающих пучков и элементы 11-14 отсутствуют), Интерферограмма на восстановленном изображении описывается уравнением:Дгх 2 МиаС= К 3,. (З)где е(. -угол между оптической осью и направлениями 4 и 5. Действующий диаметроптической системы 1 ограничивает угола следовательно, и чувствительность устройства, Известно, что качественные объективы имеют отношение диаметра к фокусуне более 1:1,5, что при фотографированиив масштабе 111 дает(,п А =и при М, = 1, й = 3 А,6Таким образом, хотя точность прототипавыше, но чувствительность хуже, чем уаналога и голографического интерферометра.Отметим, что механическое объединениев одно устройство двухканальной системы1 освещения объекта и двухканалы ой системы записи информации не приводит к повышению чувствительности, Действительно,если бы объект освещался по двум каналам излучением, когерантным также и .пополяризации (элементы 11-14 тогда быотсутствовали), то в результате диффузного рассеяний на поверхности объекта освещающих пучков по каждому иэ каналов 4и 5 распространялись бы по два пучка. В1 процессе,записи голограмма интенсивнос.ти была бы образована интерференцией четырех пучков. При записи методом двойнойэкспозиции с приложением к исследуемому,объекту между экспозицией деформируюшейнагрузки. в иэображении, восстановленном.: 6в нулевых порядкахдифракции, суммарнаяинтерференционная картина была бы обраованаинтерференцией четырех пар пучков, Какпоказывает подробный расчет такой интерференции, в итоге на сильном мешающемфоне наблюдалась бы малоконтрастная интерференционная картина, описываемая уравнением (3),Введением оптических элементов 11-14из четырех отраженных пучков выделяютдва, прошедших по каналам 2-4 и 3-5(или по каналам 2-5 и 3-4, если поменятьместами анализаторы 12 и 13), что обеспечивает высокий контраст интерференционных полос на восстановленном изображении,Интерферограмма описывается выражением;где знак + или - соответствуют интерференционной картине, образованной пучками, рвс,пространявшимися по каналам 2-4 и 3-5 иди 2-5 и 3-4. Максимальная чвствитель ность в этом случае (при ЬОМ =6(й=- 1 ) соответствует /у на интерференционную 25 полосУ, что превосходит чувствителынкть голографических интерферометров, аналога и прототипа.Возможны два варианта устройства, приводящие к достижению поставленной цели, 30 о обладавшие некоторыми недостатками по равнению с описанным,В первом варианте два канала, используемых для записи информации, получают деле нием не по волновому фронту, как в описанном устройстве, а делением по амплитуде с помощью дифракционной решетки, номеценной в плоскость изображения объекта, предварительно построенного по одному ка налу вспомогательнойоптической системой . 40 Интерферограмма на восстановленном иэоб раженин описывается уравнением (1). По сравнению с предложенным устройством, в этом варианте интенсивность света, падаю, щего на квадратичный детектор, уменьшит-, 1 ся в 1/Д раз, где Ддифракционнаяэффективность решетки кроме того, как видно иэ сравнения уравнений (1) и (4), несколько уменьшается чувствительность.Во втором варианте устройства как ддя освещения, так для построения записи хОф пользуют два канала, оптические элементы11-14 отсутствуют вместо этого времякаждой из экспозиций разбивают на два рав 65 ных интервала, между которыми соответст вуюшими оптическими элементами фазу од ного из освещающих пучков меняат наф 3 Г, а одного иэ пучков, используемых для эапи си, на-й. Голограмма интенсивности окь ю эывается записанной с добавлением постоянмй520507 Составитель Е, Халатоваловская Техред и. Андрейчук Корректор Н.:Бабурка. 229/203 Тираж 863ИПИ Государственного комитатацо делам изобретений113035, Москва, Ж, Рау ПодписноеСовета Министров СССи открытийшская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент", г, Ужгородул, Проектн ного фона, что приводит к снижению ее днфракционной эффективности и саответсшеннояркости восстановленного иэображения. Формула изобретении Устройство для интерференпионного измерения проекции вектора перемещения поверхности диффузно-отражающе 1 о обтюкта, содержащее источник когерентного излучения, двухканальную систему освещения объекта, а также двухканальную систему записи информации, каждый канал которой содержит диафрагму, фокусирующий элемент и приемник излучения, о т л и ч а ю щ ее с я, тем, что, сцельюавышепиячувсчаительности, в один иэ каналов освещенияобъекта введен оптический энемент для вращения плоскости поляризации освещающего3излучения) В каждый канал системы записи 5 информации введен анализатор н в один иэканалов системы записи информации введеноптический элемент для вращения плоскости поляризации отраженного излучения.Источники информации, принятие во вний,мание при экспертизе:1. Р. Кольер и др, Оптическая голография. М., Мир, 1973,2, .ееМ.еУ 3, А , о РЬЗ.Е Ьс 1изыщи) 1970, 3, 214-218).3. Иласоь Н. Г., Смирнова С. Н., Пресняков Ю. П., Ж. Т. ф, 1973, %5, 11041106 (прототип).