Способ определения направления перемещения диффузно отражающего объекта

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при определении перемещений объекта методом голографической интерферометрии . Целью изобретения является повышение достоверности определения направления перемещения. Для этого между объектом и регистрирующей средой устанавливают плоское зеркало и одновременно записывают голограмму объекта и его зеркального изображения. Затем голограмму устанавливают в первоначальное положение , наблюдают в реальном времени интерференционную картину, поворачивают зеркало и по соотношению полос на интерферограммах объекта и его зеркального изображения судят о знаке перемещения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 P 13/04

ГОСУДАPСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР. ? * 1 .1, 1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4623292/10 (22) 30.11,88 (46) 30.06,91.Бюл.М 24 (71) Московский институт стали и сплавов (72) В.Г.Бахтин,;Глухов, В.ll.Êocòþ÷eíко и О.Н.Перк (53) 621.327(088.8) (56) Голография. Методы и аппаратура (Под ред.В.M.Ãèíçáóðã, Б.M.Ñòåïàíîâà, — M.: Советское радио, 1974, с.239. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДИФФУЗНО ОТРАЖАЮЩЕГО ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть исИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при определении направления перемещения объекта методом голографической интерферометрии.

Цель изобретения — повышение достоверности определения направления перемещения, На чертеже представлена оптическая . схема с ходом лучей.

Исследуемый объект 1 освещают пучком излучения 2 и записывают его голограммуна регистрирующей среде 3 с помощью. опорного пучка 4. Плоское зеркало 5 располагают между объектом 1 и регистрирующей средой 3 и используют для формования зеркального иэображения 6 объекта 1. P-точка обьекта с нормалью пр, в которой необходимо определить знак (направление) нормального перемещения У, S-ось, лежащая в плоскости зеркала 5 и перпендикулярная нормали пр, У вЂ” вектор контроли„„Я2„„1659869 А1 пользовано при определении перемещений объекта методом голографической интерферометрии. Целью изобретения является повышение достоверности определения направления перемещения. Для этого между объектом и регистрирующей средой устанавливают плоское зеркало и одновременно записывают голограмму обьекта и его зеркального изображения, Затем голограмму устанавливают в первоначальное положение, наблюдают в реальном времени интерференционную картину, поворачивают зеркало и по соотношению полос на интерферограммах объекта и его зеркального изображения судят о знаке перемещения.

1 ил.

1 руемого перемещения, вносимого поворотом зеркала 5 вокруг оси S, Способ осуществляется следующим образом, Освещают диффузно отражающий объект 1 пучком 2 когерентного излучения, О с

Между объектом 1 и регистрирующей сре- (Jl дой 3 устанавливают плоское зеркало 5 так, ) чтобы его плоскость была параллельна (р нормали пр в исследуемой точке Р повер- 0ь хности объекта 1 и часть диффузно отраженного от обьекта 1 излучения, зеркально отразившись от зеркала 5, попадала на регистрирующую среду 3. После этого на регистрирующей среде 3 записывают с по- а мощью опорного пучка 4 голограммы объекта 1 и его зеркального изображения 6 в зеркале 5. После фотохимической обработки регистрирующей среды 3 полученную на ней голограмму устанавливают в первоначальное положение и восстанавливают ее пучком 4. После нормального перемещения

1659869

Обоснуем выбор соотношения между расстоянием L от исследуемой точки P до регистрирующей среды и расстоянием Р от исследуемой точки до плоскости зеркала, 50 ориентации плоского зеркала, угла а освещения исследуемой точки и положения точки наблюдения на голограмме.

Пусть положение исследуемой точки характеризуется радиус-вектором r, и она 55 находится на расстоянии Р от плоского зеркала с нормалью и Положение этой точки на зеркальном изображении имеет радиус-вектор, > 4Ь вЂ” я

r = r - 2 (r, n) и - 2рп, объекта при наблюдении через голограмму получают в реальном времени интерференционные полосы как на объекте 1, так и на его зеркальном иэображении 6. Интерференционные полосы на изображении 6 возникают в результате наложения восстановленного с голограммы пучка излучения, отраженного зеркалом 5 при записи голограммы, и отраженного зеркалом 5 пучка от объекта 1 после его смещения на величину

d в точке Р, При заданной ориентации зеркала 5 вектор о смещения точки Р, являюS щейся зеркальным изображением точки Р, будет коллинеарен вектору бл. Затем одновременно с наблюдением интерференционных полос.на зеркальном изображении 6 осуществляют поворот зеркала 5 вокруг оси

S, лежащей в плоскости зеркала 5 и перпендикулярной нормали пр в исследуемой точке Р. Поворот зеркала 5 приводит к смещению иэображения объекта 1, существующего в реальном времени, относительно его изображения в начальный момент, которое восстановлено с голограммы. При заданной ориентации зеркала 5 и выборе оси его поворота также смещение происходит по нормали к поверхности, т.е, обусловливает дополнительное смещение Х либо вдоль вектора if, либо в противоположном направлении. При выбранном направлении поворота зеркала 5 определяют направление (знак) вектора В После чего, наблюдая интерференционную картину в окрестности точки Р, можно по увеличению или yìåíüшению числа полос при повороте зеркала однозначно определить знак нормального перемещения в исследуемой точке поверхности. В частности, для случая, показанного на чертеже, при йовороте почасовойстрелке направление (знак) добавочного смещения d совпадает с нормалью пр, а число полос в окрестности этой точки при повороте зеркала 5 уменьшается, что позволяет заключить, что вектор d> ориентирован в направлении, противоположном вектору и>.

При повороте зеркала зеркальное иэображение точки занимает положение

r + Л r = r - 2(г, и+Л и) (й+ Л n)— 2 (р+Л р) (+ Л и), т,е. смещается на величину

Л г=-2,г, An) + (г, и)+ Р Л и-2(г, An) -2 AР(й+ Л n).

В предположении малости угла поворота:

Л Р/Р, Л Р/(г)« 1, re An, Условие, заключающееся в том, что плоское зеркало ориентируют так, чтобы нормаль пр к поверхности объекта в исследуемой точке была параллельна плоскоСти зеркала, обеспеЧивает наличие в векторе Л r нормальной компоненты, коллинеарной с вектором 8n.

Рл = 2 ((r., An)+(r,ï)+ Р) Лп, и компоненты, вносящей вклад в тангенциальную составляющую перемещения:

dr = -2 (r, Ли) и, Обе компоненты вносят дополнительную разность, хотя и в общем случае оказывают влияние на число интерференционных полос в окрестности исследуемой точки. Дополнительная разность хода в результате поворота зеркала равна

Лг P--RAN, где К вЂ” вектор чувствительности в точке зеркального изображения;

ЛN — изменение числа полос в результате поворота зеркала.

Для определения знака нормального перемещения необходимо, чтобы вклад от нормальной компоненты приводил к изменению полос, à от тангенциальной — не приводил, т.е.:

fï K > -2-, dr К < -у- (1)

Дпя упрощения выкладок беэ нарушения общности предположим, что центр координат совпадает с точкой наблюдения, Выберем точку наблюдения на голограмме, лежащей на нормали к поверхности объекта в исследуемой точке. Тогда система условий (1) запишется в виде

2 (L+ P ) K л > - -, 2 3 Кг < - - . (2)

4 где L — расстояние от голограммы до исследуемой точки;

К f,Êò — нормальная и тангенциальная

) компоненты вектора чувствительности. В явной форме зти компоненты имеют вид: к =— +сова;

4L + 4 P

2Р

Kr sin а, +4Р

16598б9

10

25,30

40

50 где a — угол падения освещенного пучка в исследуемой точке.

С учетом (2) и (3) для случая P «а условия (1) принимают вид;

2 1 (1+cosа ) >- -,4P — 21 sinа <- - . (4)

Л Л

Поскольку реально 1 ) 10 мкм, а

Л 10 мкм, то первое из выражений (4)

-1 выполняется автоматически, а из второго следует

P < -8-+ — sin а. (5)

8 2

Учитывая, что должно выполняться соотношение между расстояниями от исследуемой точки до голограммы и до зеркала

P«L, неравенство (5) выполнимо при условии, если угол освещения а < л/2 т.е. освещение должно быть близким (в пределах не более 10-15 ) к нормальному.

Пример. Определение направления нормального перемещения при изменейии внутреннего давления в цилиндрической оболочке, находящейся в вакуумной камере.

Исследуемую оболочку освещают пучком когерентного излучения от лазера Jll — 38 под углом 10 к нормали в исследуемой точке объекта и между ней и фотопластинкой типа BP-Л, на которую записывают голограмму. расположенную на расстоянии 300 мм от объекта, устанавливают плоское зеркало так, чтобы его плоскость была параллельна нормали в исследуемой точке цилиндрической поверхности, а расстояние до контролируемой точки составляло б0 мм.

После этого записывают на фотопластинку голограмму обьекта и его изображения в зеркале и после фотохимической обработки фотопластинки полученную голограмму устанавливают в первоначальное положение, Затем йзменяют величину внутреннего давления в оболочке и в направлении зеркального изображения наблюдают интерференционные полосы. После этого в реальном времени поворачивают зеркало вокруг оси, лежащей в его плоскости и пер-. пендикулярной нормали в исследуемой точке поверхности (эта ось в данном случае параллельная образующей цилиндрической полочки), Направление поворота выбира. ют так, чтобы перемещение нормали к поверхности зеркала совпадало с направлением нормали в исследуемой точке, что соответствует введению дополнительного нормального перемещения, направленного внутрь оболочки. При таком повороте зеркала число полос в исследуемой точке уменьшается, т.е. направление нормального перемещения в этой точке совпадает с направлением нормали, Таким образом удается определить направление нормального перемещения точек объекта, контакт с которым затруднен.

Формула изобретения

Способ определения направления перемещения диффузно отражающего обьекта, заключающийся в том, что объект освещают пучком когерентного излучения, записывают на регистрирующей среде голограмму, обработанную голограмму устанавливают в первоначальное положение, восстанавливают с голограммы изображение, после перемещения объекта одновременно осуществляют наблюдение интерференционной картины и вводят контролируемое измерение фазы в объектный пучок, а по изменению картины полос в исследуемой точке судят о направлении перемещения в этой точке, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения направления перемещения, перед записью голограммы между обьектом и регистрирующей средой устанавливают плоское зеркало так, что расстояние от плоскости зеркала до исследуемой точки объекта много меньше расстояния от исследуемой точки до плоскости регистрирующей среды, ориентируют зеркало параллельно нормали к поверхности объекта в исследуемой точке, освещение обьекха в исследуемой точке осуществляют под острым углом, на регистрирующей среде записывают голограмму зеркального изображения объекта, наблюдение интерферограммы проводят через точку на голограмме, лежащую на нормали к поверхности объекта в исследуемой точке, интерференционную картину наблюдают на зеркальном изображении объекта, а контролируемое изменение фазы объектного пучка осуществляют путем поворота зеркала вокруг оси, лежащей в его плоскости и перпендикулярной нормали к поверхности объекта в исследуемой точке.

1659869

Составитель Е, Гуменник

Редактор Л. Веселовская Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Э, Лончакова

Заказ 1840 Тираж 346 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101