Голографический интерферометр для контроля формы внутренней поверхности отверстий

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике для измерения формоизменений поверхности отверстий и соответствие ее эталону. Цель - повышение точности измерений и производительности контроля. Устройство работает по методу двух экспозиций. Коллимированный пучок направляется через регистрирующую среду , закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, на отражающий конус, закрепленный соосно внутри исследуемого отверстия. На внешней отражающей поверхности конуса нанесен растр. Отразившись от конуса, свет дифрагирует на исследуемой поверхности и, возвращаясь на регистрирующую среду, интерферирует с падающим излучением. Регистрируется голограмма по схеме Денисюка. Вторая экспозиция регистрирует состояние поверхности отверстия после воздействия на нее. Формоизменение наблюдают по восстановленной интерференционной картине. 1 ил.

СОЮЗ ."ОНЕТСКИН

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

yi)s 6 01 В 11/24, 9/021

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4916574/28 (22) 25,01,91 (46) 30.10.92, Бюл. N 40 (71) Сибирский научно-исследовательский институт оптических систем (72) А.В,Логинов и Л.А,Борыняк (56) 1, Голографические неразрушающие исследования / Под ред. Р,К.Эрфе. M.: Машиностроение, 1979, с.342-343.

2. Применение голографической интерферометрии и лазерной техники для контроля качества проМышленных изделий.—

Руководящие материалы. / Под ред.

ММ,Бутусова. Горький, 1975, с.55 — 58. (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к.контрольноизмерительной технике для измерения форИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к оптическим устройствам измерений, и может быть использовано для измерения формоизменений поверхности отверстий, а также . для контроля соответствия исследуемого отверстия эталону.

Известен интерферометр для сравнения цилиндрических отверстий (1), содержащий первый обьектив, формирующий два сходящихся пучка, один из которых обьективный, другой- предметный, второй объектив, формирующий иэображение исследуемой внутренней поверхности объекта путем сведения опорного и обьектного пучков на регистрирующей среде, располо>кенной в плоскости резкого изображения.

„„5U,, 1772617 Al моизменений поверхности отверстий и соответствие ее эталону. Цель — повышение точности измерений и производительности контроля. Устройство работает по методу двух экспозиций. Коллимированный пучок направляется через регистрирующую среду, закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, на отражающий конус, закрепленный соосно внутри исследуемого отверстия. На внешней отражающей поверхности конуса нанесен растр, Отразившись от конуса, свет дифрагирует на исследуемой поверхности и, возвращаясь на регистрирующую среду, интерферирует с падающим излучением. Регистрируется голограмма по схеме Денисюка. Вторая экспозиция регистрирует состояние поверхности отверстия после воздействия на нее. Формоизменение наблюдают по восстановленной интерференционной картине. 1 ил.

Исследуемый обьект находится между двумя объективами, так что излучение, формируемое первым объективом, проходит через исследуемое отверстие объекта. В качестве регистрирующей пластины используется голографическая пластинка. Для контроля сначала записывается на месте голограмма эталонного отверстия, которая затем служит индикатором при сравнении контролируемых отверстий с эталоном по интерференционным полосам, Чем больше интерференционных полос, тем больше отличается контролируемое цилиндрическое отверстие от эталона, Измерения и контроль отверстий в таком интерферометре трудоемки и не точны, т.к. требуется точное совмещение тождест1772617 венных точек эталона и предмета в пространстве, а это представллет самостолтельную и довольна сложную задачу, решаемую на сегодняшний день только в некоторых частных случаях. Схема интерферометра со скользящим освещением внутренней поверхности приводит к тому, что увеличивается плотность записи на узкой. кольцевой полоске голограммы, при решении обратной задачи, свлзанной с количественной расшифровкой интерферограммы, малые погрешности в исходной информации дают большие отклонения в определлемых параметрах исследуемой поверхности, что существенно увеличивает погрешность измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству явллется голографический интерферометр (21, содержащий источник излучения — лазер, микрообъектив длл расширения пучка, коническу<а линзу длл формированил предметного пучка, голограмму для формирования регистрации отклонений внутренней цилиндрической поверхности ат эталонной.

Недостатком данного устройства является та, чта опорный пучок проходит через все отверстия саосна с исследуемой цилиндрической поверхностью и при значительных отклонениях формы отверстия перекрываются. Укаэанное устройство регистрирует информацию о боковой поверхности исследуемого цилиндрического отверстия в скользящих лучах, а это равносильно тому, что исследуется только макроструктура паверхнасги, а информация о микрострук<уре терлетсл, Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерений и снижение их трудоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что известный голографический интерферометр для контроля формы внутренней поверхности отверстий, содержащий последовательно установленные источник излученил, микроабъектив, коллимирующий объектив и регистрирующую среду, снабжен конусом, предназначенным для установки внутри контролируемого отверстия и выполненным с внешней отражающей поверхностью, на которую нанесен растр, регистрирующал среда расположена по ходу излучения за каллимирующим объективом в плоскости, перпендикулярной оси интерферометра, и взаимосвязана с вершиной конуса, ориентированного так, что его ось совпадает с осью интерферометра.

На чертеже представлена схема реализации голографического интерфераметра.

Голографический интерферометр содержит последовательно расположегн<ые источник излучения 1 (например лазер ЛГ30), микрообъектив 2 (в устройстве использовались 20- и 40-кратные микрообъективы биологических микроскопов), объектив коллиматора 3 (диаметр обьектива выбирается в зависимости от исследуемого отверстия), отража<ощий конус 4, регистриру<ощую среду 5 (в устройстве использовались пластинки ПЭ вЂ” 2), исследуемое отверстие 6.

Между углом отражающего конуса 2Р и параметрами нанесенного на него растра существует связь. 8 соответствии с основным уравнением дифракции

l(sin ф+ sin р) = N Л, где <у<= 90 — Р угол паденил излучения на поверхность растра,

А=

1 где А — число штрихов решетки на еди«ицу длины вдоль образующей отражающего конуса.

Устройство работает по методу двух экспозиций. Во времл первой экспозиции коллимированный пучок направляется «ереэ регистрирующу<а среду 5, закрепленную на поверхности, окружающей отверстие. например с помагц« а резины, холодной палимериэации CKTH. Луч 1 (см. фиг. ) ат каллимирующего объектива 3 падает под углом ф к нормали оптического растра 4 и, отразившись от нее под углом <р, падает на исследуемую поверхность лучом

11. За счет дифракции света на исследуемой поверхности в индикатрисе рассеяния найдетсл ему подобный луч 11 и иэ-эа обратимости хора лучей в дифракцианнай решетке о < преобразуется в луч 1. Пучок падает на регистрирующую среду 5 с обратной стороны и интерферирует с падающим излучением, регистрируется голограмма по схеме

Денисюка. На фотопластинке 5 во время первой экспозиции регистрируетсл голограмма начального состояния боковой поверхности исследуемого отверстия. После воздействия на объект. а эта может быть либо обработка отверстия, либо сжатие-растяжение, таким же образом регистрируется конечное состояние боковой поверхности второй экспозицией, При восстановлении голограммы по интерференционной карти1772617

Составитель Л. Раженцева

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Максимишинец

Редактор

Заказ 3837 Тираж Подписное

ВНИИПИ Гасударственного 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 не наблюдаетсл формоизменение боковой поверхности отверстил.

Для контроля изготавливаемых отверстий и сравнения их с эталоном используется метод трехопорного контакта, совмещающего световые волны, зарегистрированные во время первой экспозиции от эталонной поверхности, со световыми волнами, отраженными от исследуемой поверхности.

Количественную информацию можно получить после расшифровки интерферограмм, например, с помощью информационно-измерительной системы.

В предлагаемом устройстве угол наблюдения составляет 90, что позволяет определять перемещения W, нормальные к боковой поверхности цилиндрического отверстия, по предложенной схеме с высокой точности, так как для определения W необходима решать только одно уравнение. Погрешность д А сведена к минимуму; В этом случае: OW < vA0, мд 1, дЧ/ д; Следовательно, погрешность определения компонент перемещения будет определяться в основном погрешностью определения порядка интерференционных полос, что существенна снижает погрешность измеренил и повышает точность контроля (см. Голографические измерительные системы", Сборник научных трудов, вып.2, под ред. А.Г.Козачка, r.Hoâoñèáèðñê, с.34 — 39), В предлагаемом устройстве глубина исследуемого отверстия может значительно превосходить

5 диаметр отверстия за счет уменьшения угла отражающего конуса. Т.О. снижаетсл ограничение с саотношенил диаметра и глубины отверстия, что позволяет расширить область применения такого устройства, 10

Формула изобретения

Голографический интерферометр для кантроЪя формы внутренней поверхности

15 отверстий, содержащий последовательно установленные источник излучения, микрообъектив, коллимирующий объектив и регистрирующую среду, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и

20 производительности контроля, ан снабжен корпусом, предназначенным для установки внутри контролируемого отверстия и выполненным с внешней отражающей поверхностью, на которую нанесен растр, 25 регистрирующая среда расположена по ходу излучения за коллимирующим объективам в плоскости, перпендикулярной оси интерферометра, и взаимосвязана с вершиной конуса, ориентированного так, чта его

30 ось совпадает с осью интерфераметра.

У