Устройство для определения смещений точек поверхности объекта

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕВЩНИЙ ТОЧЕК ПОВЕРХНОСТИ .ОБЪЕКТА, содержащее источник когерентного излучения и спекл-интерферограмму объекта, отличаюс я тем, что, с целью повыщ е е производительности, оно снаб .шения жено двухкоординатным Лурье-анализатором распределения яркости интерференционных полос и блоком регистрации , выполненным в виде компаратора , счетчика импульсов с регулируемым временем счета, регистра смещения по координате X, регистра смещения по координате Y и коммутатора , спекл-интерферограмма объекта оптически связана с двухкоординатным фурье-анализатором, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока регистрации, являющимися соответственно входом компаратора и первым входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом счетчика, импульсов, первый выход которого соединен с информационными входами соответственно регистра смещения по координате X и регистра смещения по координате Y,a второй выход - с входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с управляющим входом регистра смещения по координате X, второй выход - с управляющим входом регистра смещения по координате Y,a третий выход является выходом блока регистрации , соединенным с управляющим входом фурье-анализатора. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что двухкоординатный Фурье-анализатор содержит генератор перестраиваемой частоты, (Л ключ, акусто-оптический дефлектор в виде тшасткны с пьезовозбудителями на двух смежных гранях, фурье-объектив , фототгриемник и де .тектор, выход генератора перестраиваемой частоты соединен с входом ключа, один выход которого связан Од с первым пьезопреобразователем, СП а другой - с вторым пьезопреобразо00 СХ) вателем акусто-оптического дефлектора , акусто-оптический дефлектор , фурье-объектив и фотоприемник сд оптически связаны, выход фотоприемника соединен с детектором, выходы детектора и генератора перестраиваемой частоты являются соответственно первым и вторым выходами фурьеанализатора , а второй вход ключа является управляющим входом фурьеанализатора .

„„Я0„„1165885 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(g)) G 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

=- за,и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ..", . 13 (- :- "!

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-.==4 (21) 3690836/24-28 (22) 16.01.84 (46) 07.07.85. Бюл. 9 25 (72) Л.П; .Гурьев, Н.И. Евсеенко, В.Г. Нечаев и Ю.Н. Солодкин (71) Новосибирский электротехнический институт (5рз) 531.7 (088.8) (56) 1. Применение спекл-интерферометрии для контроля качества промьппленных изделий. Методические указания. ВНИИНМАШ, Горький, 1980. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ ТОЧЕК ПОВЕРХНОСТИ ,ОБЪЕКТА, содержащее источник когерентного излучения и спекл-интерферограмму объекта, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено двухкоординатным фурье-анализатором распределения яркости интерференционных полос и блоком регистрации, выполненным в виде компаратора, счетчика импульсов с регулируемым временем счета, регистра смещения по координате Х, регистра смещения по координате Y и коммутатора, спекл-интерферограмма объекта оптически связана с двухкоординатным фурье-анализатором, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока регистрации, являющимися соответственно входом компаратора и первым

1 входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом счетчика. импульсов, первый выход которого соединен с информационными входами соответственно регистра смещения по координате Х и регистра смещения по координате Y,а второй выход — с входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с управляющим входом регистра смещения по координате Х, второй выход — с управляющим входом регистра смещения по координате У,а третий выход является выходом блока регистрации, соединенным с управляющим входом фурье-анализатора.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что двухкоординатный фурье-анализатор содержит генератор перестраиваемой частоты, ключ, акусто-оптический дефлектор в виде пластины с пьезовоэбудителями на двух смежных гранях, фурье-объектив, фотоприемник и де.тектор., выход генератора перестраиваемой частоты соединен с входом ключа, один выход которого связан с первым пьезопреобразователем, а другой — с вторым пьезопреобразо.вателем акусто-оптического дефлектора, акусто-оптический дефлектор, фурье-объектив и фотоприемник оптически связаны, выход фотоприемника соединен с детектором, выходы детектора и генератора перестпаиваемой частоты являются соответственно первым и вторым выходами фурьеанализатора, а второй вход ключа является управляющим входом фурьеанализатора.

1165885

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь. зовано для определения смещений точек поверхности объекта.

Известно устройство для определения смещений точек поверхности объекта (1), содержащее источник когерентного излучения и спекл-интерферограмму объекта. Устройство содержит также экран.

Сущность измерения смещения заключается в определении шага и угла наклона интерференционных полос, получаемых на экране при освещении спекл-интерферограммы, записанной методом двух экспозиций, лучом когерентного источника.

Смещение точек объекта определяют соотношением

Ц (1) t0

S5 где Ъ вЂ” длина волны света;

L — - расстояние от спекл-интерферограммы до экрана;

m — - масштаб изображения исследуемого объекта на спеклинтерферрграмме; а — шаг интерференционных полос на экране.

Недостатком известного устройст30 ва является трудоемкость и большое время расшифровки спекл-интерферограмм.

Целью изобретения является повьппение производительности определения смещений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения смещений точек поверхности объек-40 . та, содержащее источник когерентного излучения и спекл-интерферограмму объекта, снабжено двухкоординатным фурье-анализатором распределения яркости интерференционных 45 полос и блоком регистрации, выполненным в виде компаратора, счетчика импульсов с регулируемым временем счета, регистра смещения по координате Х, регистра смещения по коорди- 50 нате Y и коммутатора, спекл-интерферограмма объекта оптически связана с фурье-анализатором, первый

t и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами блока ре 55 гйстрации, являющимися соответственно входом компаратора и первым входом счетчика импульсов, выход компаратора соединен с вторым входом счетчика импульсов, первый выход которого соединен с информационными входами соответственно регистра смещения по координате Х и регистра смещения по координате Y а второй выход — с входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с управляющим входом регистра смещения по координате Х, второй выход — с управляющим входом регистра смещения по координате Y а третий выход является выходом блока регистрации, соединенным с управляющим входом фурье-анализатора.

Кроме того, двухкоординатный фурье-анализатор содержит генератор перестраиваемой частоты, ключ, акусто-оптический дефлектор в виде пластины с пьезовозбудителями на двух смежных .гранях, фурье-объектив, фотоприемник и детектор, выход генератора перестраиваемой частоты соединен с входом ключа, один выход . которого связан с первым пьезопреобразователем, а другой — с вторым пьезопреобраэователем акусто-оптического дефлектора, акусто-оптический дефлектор, фурье-объектив и фотоприемник оптически связаны, выход фотоприемника соединен с детектором, выходы детектора и генератора перестраиваемой частоты являются соответственно первым и вторым выходами фурье-анализатора, а второй вход ключа является управляющим входом фурье-анализатора.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для определения смещения точек поверхности объекта; на фиг.2 — фурье-спектр.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, расположенную перед ним спекл-интерферограмму

2, оптически связанную с двухкоординатным фурье-анализатором 3 распределения яркости интерференционных полос оптически связанный со спеклинтерферограммой 2, блок 4 регистрации, причем два выхода фурье-анализатора 3 соединены соответственно с двумя входами блока А регистрации, а выход блока 4 регистрации соединен с управляющим входом фурье-анализатора 3.

Спекл-интерферограмма 2 представляет .собой фотопластинку с за <165885 писью методом двух экспозиций начальной и смещенной спекл-структур исследуемой поверхности. т

Двухкоординатный фурье-анализатор 3 распределения. яркости интерференционных полос состоит из генератора 5 перестраиваемой частоты ключа 6, акусто-оптического дефлектора 7, имеющего форму пластины (выполненной из оптически прозрачного материала) с пьезовозбудителями на двух смежных гранях, фурьеобъектива 8, фотоприемника 9 и детектора 10, причем выход генератора

5 перестраиваемой частоты соединен с входом ключа 6, один выход которого связан с одним.пьезовозбудителем дефлектора 7, а другой выход — с вторым пьезовозбудителем дефлектора 7, выход дефлектора 7 оптически связан с фурье-объективом 8, выход которого оптически связан с фотоприемником 9, выход фотоприемника 9 соединен с входом детектора 10, вход акусто-оптического дефлектора 7 является оптическим входом фурье-анализатора 3, второй вход ключа 6 является управляющим входом фурье-анализатора 3, выходы детектора 10 и генератора 5 перестраиваемой частоты являются соответственно первым и вторым выходами фурье-анализатора.

Блок 4 регистрации содержит ком" паратор 11, счетчик 12 импульсов с регулируемым временем счета, ре гистр 13 смещения по координате Х и регистр 14 смещения по координате

Y коммутатор 15, причем первый вход блока 4 регистрации является входом компаратора 11, а второй— входом счетчика 12 импульсов, один выход счетчика 12 импульсов соединен с информационными входами регистров

13 и 14 смещения по координатам Х . и 7 второй — с входом коммутатора

15, первый и второй выходы коммутатора 15 соединены с управляющими . входами регистров 13 и 14 смещения по координатам Х и Y третий выход коммутатора 15 является выходом блока 4 регистрации.

Устройство работает следующим образом, Лучом источника 1 (лазера) освещают спекл-интерферограмму 2 в точке изображения объекта, в которой необходимо определить смещение. В

Тогда интенсивность дифрагировавшей волны описывается выражением

< (R) "< (%) (« o (a i, s (<," -v<Я где I(() — распределение интенсивности в интерфереционной картине. результате дифракции света на первоначальной и смещенной спеклструктурах при смещении или деформации объекта между двумя экспозициями на экране в плоскости, расположенной за спекл-интерферограммой, на расстоянии L наблюдаются полосы

Юнга. Смещение точек поверхности объекта с точностью до знака оп10, ределяют по формуле (1). дифракционная картина проецируется в плоскость акустооптического дефлектора 6. B прозрачной пластине акусто-оптического дсЖлектора с помощью пьезопреобразователей возбуждается акустическая волна.

Благодаря эффекту фотоупругости она создает периодическое изменение показателя преломления в материале

2р бегущую фазовую решетку, на которой дифрагирует спроецированная на дефлектор 6 интерференционная картина.

При поочередном возбуждении пьезопреобразователей производят скани25 рование по выбранному направлению Х или Y. Переключение направления сканирования осуществляют сигналом управления, поступающим с блока 4 реги трации на управляющий вход фурье-анализатора 3.

При модуляции мощности приложенного к пьезопреобразователю сигнала дифракционная эффективность решетки изменяется вдоль апертуры дефлектора 6 по закону г-,-ь((g-÷ä <» (Ч где Д вЂ” дифракционная эффективность, v — скорость распространения звука в материале дефлектора 6;

Р— круговая частота модуляции акустической мощности; — координата (Х или Y).

В результате этого отклоненная картина оказывается промодулированной по апертуре гармонической функцией с пространственной частотой

1 = —. (3)

50 2к3

1165885 6

Весь отклоненный дефлектором световой поток фурье-объективом 8 направляется на фотоприемник 9. Фурьеобъектив 8 и фотоприемник 9 интегрируют световой поток по всей апертуре. Тогда переменная составляющая выходного сигнала 3(4) фотоприемника 9 представляет собой фурьеспектр интерференционной картины. " Ф =< ) 1(@сои -iу )Д р

Р

Де К вЂ” постоянный коэффициент.

Она имеет вид трех спектральных пичков. Средний пичок соответствует постоянной составляющей в интерференцйонной картине, а два боковые— частоте интерференционных полос по выбранному направлению Х или У, Спектральные пички имеют симметричную форму, а их .ширина A g определяется числом регистрируемых полос.

Так как шаг интерференционных полос а и частота интерференционных полос 1 по выбранному направле нию связаны соотношением

1 то .смещение точек объекта исходя из выражения (1) можно представить в виде

zE= — (.М ф,1(Ф

Таким образом, измерив частоты по двум ортогональным направлениям 3 и 3 у определяют смещение в выбранной точке объектива по координатам Х и Y.

Сигнал с фотоприемника 9 детектируется детектором 10 и поступает с выхода фурье-анализатора 3 на вход компаратора 11 блока 4 регистрации, причем уровень срабатывания компаратора подбирают экспериментально в зависимости от качества спекл-интерферограммы. Компаратор 11 срабатывает в момент времени, когда частота полос в интерференционной картине совпадает с частотой модуляции акустической волны дефлектора 7.

Частота модуляции акустической волны связана с частотой модуляции генератора 5 перестраиваемой частоты соотношением (3). Таким образом, измерив частоту модуляции генератора 5 в момент срабатывания компаратора 11, определяют смещение точки поверхности объекта. Из выражений (3) и (6) получают X LA (7)

21мч

Число импульсов сигнала модуляции генератора 5 перестраиваемой частоты, поступившего на первый вход счетчика 12 импульсов с регулируемым

1О .временем счета, измеряется в момент прихода импульса с компаратора

11 на его второй вход. Время измерения заранее вводится оператором . так чтобы показания регистров 13 и 14 равнялись проекциям смещения точки объекта в соответствии с формулой (7). Это время определяется только геометрическими параметрами оптической схемы записи и восстановления спекл-интерферограммы.

Коммутатор 15 управляет режимом работы блока 4 регистрации. В начальный момент он выдает со своего первого выхода разрешающий сигнал на регистр Х, т.е. запись информации производится регистром Х 13.

Одновременно с его третьего выхода подается на управляющий вход ключа 6 фурье-анализатора 3 управляющий сигнал, разрешающий прохождение возбуждающего сигнала с генератора 5 перестраиваемой частоты на пьезопреобразователь дефлектора

7 осуществляющий сканирование по координате Х. После того, как счетчик

3$ 12 импульсов произведет измерение смещения по координате Х, с его выхода на вход коммутатора 15 посту пит сигнал конца преобразования и коммутатор 15 изменяет свои выходные сигналы таким образом, что сканирование теперь производится по координате /, и информация о величине проекции смещения запишется в регистр (14.

Таким образом, в течение одного цикла измерений получают значения проекций смещения в заранее выбраннбй точке поверхности объекта по двум ортогональным направлениям например, по координатам Х и Y.Äëÿ определения смещения в другой точке объекта оператор производит смещение спекл-интерферограммы, после чего цикл измерения повторяют.

Устройство позволяет автоматизировать процесс измерения смещений точек поверхности объекта, и ускорить и упростить процесс, что повышает производительность.

Ь екл- мнтвреиероератю

Фиг. 1

Составитель Е. Глазкова

Редактор А. Шандор Техред М.Пароцай Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4299/33 ?краж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4