Способ голографической двухэкспозиционной интерферометрии

 

СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ДВУХЭКСПОЗИЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ, заключающийся в регистрации двух голограмм объекта на одной фотопластине , причем перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одном из интерферирующих пучков с помощью зеркала, и получении гологра .фической интерферограммы, отличающийся тем, что, с ,повышения точности измерений путем повышения контраста интерференционных полос, перед изменением угла падения пучка сдвигают поступательно фотоматериал в его плоскости на вели У J. I -.М-р 1- 2 где А - расстояние между центрамц объекта и фотопластины; Р длина волны света; требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос, а изменение угла производят на величину 2Г АВ где В и С - проекции расстояния (Л между центром фотоматериала и осью зеркала на направление наблюдения и перпендикулярное к нему направление соответственно.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 0 В9025

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 где А — расстояние между центрами объекта и фотопластины; — длина волны света;

P — требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос, а изменение угла производят на велиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3621078/18-25 (22) 11.07.83 (46) 23.10.84. Бюл.)(у 39 (72) Н.В. Левина, В.П. Сарычев и Г.ПеШкорупило (53) 772.99(088.8) (56) 1. Островский Ю.И. и др. Голографическая интерферометрия, M., "Наука", !977, с.85., 2. Там же, с.163(прототип). (54) (57) СПОСОБ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ

ДВУХЭКСПОЗИЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИр заключающийся в регистрации .двух голограмм объекта на одной фотопластине, причем перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одном из интерферирующих пучков с помощью зеркала, и получении голографической интерферограммы, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью, повышения точности измерений путем повышения контраста интерференционных полос, перед изменением угла падения пучка сдвигают поступательно фотоматериал в его плоскости на величину чину ьву с

2 у=

АВ где В и С вЂ” проекции расстояния между центром фотоматермала и осью зеркала на направление наблюдения С. и перпендикулярное к нему направление соответственно.

1 11201

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и.может быть использовано, в частности, для исследования деформаций и вибраций деталей и узлов приборов и машин. 5

При исследованиях смещений методами голографической интерферометрии двойной экспозиции регистрируют исходную форму поверхности исследуемого объекта, оказывают на него требуемое воздействие, снова регистрируют измененную в результате воздействия форму объекта и по распределению интерференционных полос на изображении объекта судят об изменении его формы. 15

Известен способ, согласно которо- му форма объекта регистрируется последовательно на одну и ту же голограмму в двух разных состояниях. Оба 20 изображения восстанавливают одновременно и получают голограмму, соответ" ствующую измененйям, происшедшим с формой .объекта за время между двумя экспозициями. Если обе экспозиции бы-2S ли сделаны в одинаковых условиях освещения и имели одну и ту же продолжительность, то амплитуды обеих восстановленных волн окажутся равными, что обеспечивает высокий, близкий к ЗО единице, контраст интерференционной картины E1).

Этот способ соответствует настройке на интерференционные полосы бесконечной ширины. В случае использования монохроматического света это приводит к невозможности измерения смещения величиной меньше Л/4, где М - длина волны используемого света (при Я

= 6,328 . 10 4мм нельзя измерять сме40 щения меньше, примерно 1,6.10 4мм). и оппеделения знака смещения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ голографической интерферомет- 4

1 рии, заключающийся в записи двух голограмм объекта на одной фотопластине. Перед регистрацией между экспозициями с помощью поворота одного иэ зеркал оптической системы задается небольшой угол наклона опорного или объектного светового пучка, величина и направление которого определяются желаемой шириной и направлением несущих интерференционных полос. В этом случае не требуется оптических деталей, изготовленных с высокой точностью 32(.

Основным недостатком этого способа является уменьшение контраста интер- . ференционных полос при увеличении их пространственной частоты, что приводит к увеличению погрешности .измерений. Понижение контраста полос вплоть до нулевого значения происходит из-за рассогласования спекл-структуры двух иэображений, так как при повороте того или иного светового пучка наряду с поворотом одного изображения относительно другого происходит и их взаимное смещение. При смещении порядка нескольких десятков микрометров спекл-структура двух изображений полностью расходится и наблюдать полосы на поверхности объекта невозможно.

Цепью изобретения является повышение точности измерений путем повышения контрастности интерференционных полос.

Для достижения поставленной цели согласно способу голографической двухпозиционной интерферометрии, за клщчающемуся в регистрации двух голограмм объекта на одной фотопластине, причем перед регистрацией второй голограммы изменяют угол падения в одном из интерферирующих пучков с помощью зеркала, и получении голографической интерферограммй, перед изменением угла падения пучка сдвигают поступательно фотоматериал в его плоскости на величийу L = P

2 где А — расстояние между центрами объекта и фотопластины;

Л вЂ” длина волны света;

P - требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос, а изменение угла производят на величину

21.Й С

2AS где В и С вЂ” проекции расстояния между центром фотоматериала и осью зеркала на направление наблюдения и перпендикулярное к нему направление соответственно.

На фиг. 1 показана одна из воэмож" ных схем реализации описываемого способа; на фиг.2 — схема расположения оптических элементов голографической системы для пояснения сущности способа.

Устройство содержит лазер 1, микрообъектив 2, точечную диафрагму 3, телеобъектив 4,(элементы 2+4 вместе

1120160,ЛАр

2 (4) Sin Ч +si>8 =— (Л а

, (. 2вю

А ) где .

Иэ з образуют телескопическую систему), полупрозрачное зеркало 5, объект 6, опорное зеркало 7, фотопластину 8 (голограмма), ослабляющий светофильтр 9.

Оптическая система, собранная по схеме, показанной на фиг.1, работает следующим образом.

Световой пучок лазера 1 расширяется телескопической системой 2-4 до разме- 16 ров предшета и светоделнтелем 5 направляется на объект 6 и опорное зеркало 7, которое направляет световой пучок на фотопластинку 8. На эту же фотопластинку попадает сквозь светоделитель 5 и световая волна, рассеянная поверхностью объекта. Таким образом, на светочувствительном слое фотоплас. тинки регистрируется картина интерференции двух световых волн (опорной .во и объектной),что и является сутью голографической регистрации. Голографическую интерферограмму описываемым способом получают следующим образом.

Делают первую экспозицию, сдвигают фотопластинку в ее плоскости в требуемом направлении на величину I„= " P, 30 полученной из следующих соображений.

Иэ схемы расположения оптических элементов голографической системы (фиг.2) получаем

- величина смещения фотопластин ки — расстояние от объекта до фотопластинки; — размер объекта; — наибольшее нормальное смещение поверхности объекта. соотношения (1)

L=2 — а

3 (2) 4

Подставляя (3) в (2), получаем

Формула (4) показывает зависимость величины смещения фотопластинки от требуемой пространственной частоты несущих интерференционных полос.

При второй экспозиции изменяют угол падения пучка на угол. в в

2АЬ направление которого зависит от направления смещения фотопластинки (фиг.1). Оказывают на объект требуе- . мое воздействие и делают вторую экспозицию. После фотообработки получают голограмму и устанавливают ее на место экспонирования. Удаляют из оптической системы светоделитель 5 и светофильтр 9 и опорным зеркалом 7 направляют весь световой пучок на голограмму. Наблюдают восстановленное . иэображение объекта, покрытое интерференционными полосами с заданной частотой Р, по искривлению и смещению которых судят о деформации поверхности объекта.

Иэ теории дифракции углы падения

:и углы дифракции связаны следующим соотношением

Л

Sln 8+ 51П e=— а где а — постоянная дифракционной решетки; — углы падения света;

0,8 — углы дифракции.

Для схемы, приведенной на фиг.2, учитывая, что при малых углах допустимо приближение Sind «Cga» о(,, можно принять

Sih8 51ввЦ, L

A (g)

5вn 8=0

sing =sin(4+)5) sinVcos(5+cosy в, 1) С другой стороны величину можно представить в виде

50 д2Р22 (3) где P — - требуемая пространственная частота несущих интерференционных полос в 1/мм; И

Л вЂ” длина волны используемого света

Так как угол Ь мал, допустимы приближения cos p = 1, à sing " . С учетом этих приближений формула (7) примет вид

Sin Ч =Sin V+ PcoS× . (8)

Вычитая в формуле (5) второе уравнение иэ первого получаем

Sin 9+Sin 8- Sin Ч вЂ” Sin e =О, (Э) а подставляя в (9) условия (6),(8), 1120160

3 2АЬ

NQIHHH Заказ 7726/28 Тираж 536 Водписзюе

Osaggan mI нДатеате, г,Уи фрод, ya,йроектиая, 4

Яо Ч+0- sin Ч -p cos Ч- — = О .

А В

L (10)

A&os Ч

Из фиг.2

Подставляя зто значение в (10) и

3 учитывая, что т= —, получаем

Формула (11) позволяет вычислить точное значение угла поворота опорного зеркала, необходимого для получения несущих интерференционных по5 лос высокого контраста, локализованных на поверхности исследуемого объекта.

Таким образом, описываемыи способ

1О позволяет повысить точность измерений.