DD225496A1 - METHOD FOR REGULARLY RECORDING SHIFTS AT INTERIOR CONTOURS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Verschiebungen mittels Doppelbelichtungshologramm, in dem ein erster bestimmter Zustand und ein zweiter gegenueber zum ersten durch aeussere Einfluesse geaenderter Zustand der Innenkontur gespeichert ist. Es soll ein einfaches, wenig stoeranfaelliges Auswerteverfahren erzielt werden, das auch eine Auswertung an nichtzylindrischen, jedoch rotationssymmetrischen Innenkonturen gestattet. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe geloest, dass in der an sich bekannten optischen Anordnung (s. Abb.) das Doppelbelichtungshologramm erzeugt wird und dass nachfolgend mindestens zwei Hologramm-Reproduktionen mittels eines mit seiner optischen Achse zur Rotationsachse bzw. zum Quellpunkt ausgerichteten Objektivs mit jeweils unterschiedlichem Abbildungsmassstab vom Hologramm erfolgen, aus denen Differenzen in der Abbildung der Interferenzmuster erfasst werden. Fig. 1The invention relates to a method for detecting shifts by means of a double exposure hologram, in which a first specific state and a second state of the inner contour that has changed with respect to the first state changed by external influences are stored. It is intended to achieve a simple, low-interference analysis method which also permits an evaluation on non-cylindrical, but rotationally symmetrical inner contours. According to the invention, this object is achieved by producing the double-exposure hologram in the optical arrangement known per se (see Fig. 1) and subsequently having at least two hologram reproductions by means of an objective with a different imaging scale aligned with its optical axis to the axis of rotation or to the swelling point from the hologram, from which differences in the mapping of the interference patterns are detected. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Verschiebungen an rotationssymetrischen Innenkonturen rohrförmiger Körper mittels Doppelbelichtungshologramm, in dem ein erster bestimmter Zustand und ein zweiter gegenüber zum ersten durch äußere Einflüsse geänderter Zustand der Innenkontur gespeichert ist.The invention relates to a method for detecting displacements on rotationally symmetrical inner contours tubular body by means of double exposure hologram, in which a first specific state and a second compared to the first state of the inner contour changed by external influences is stored.
Übliche Methoden zur Messung von Zylinderverformungen registrieren die Verschiebungen der Zylinderinnenwand durch punktweise aufzeichnende Meßfühler (Meßuhren, Dehnmeßstreifen).Conventional methods for measuring cylinder deformations register the displacements of the cylinder inner wall by means of point-wise recording sensors (dial gauges, strain gauges).
Holografische Meßverfahren ermöglichen ein berührungsloses, flächenhaftes Aufzeichnen der Verformungen; dabei sind verschiedene Methoden der holografischen Interferometrie zur Messung an Zylinderinnenwänden in Anwendung.Holographic measuring methods enable non-contact, areal recording of the deformations; Various methods of holographic interferometry are used for measurement on cylinder inner walls.
Vorbekannt ist es, unter Verwendung eines axialsymmetrischen, holografischen Interferometers Zylinderbohrungen mit einem Standard zu vergleichen. Die Zylinderinnenfläche wird dabei in Form eines Kreisrings abgebildet.It is previously known to compare cylinder bores with a standard using an axisymmetric holographic interferometer. The cylinder inner surface is imaged in the form of a circular ring.
(Archbold, E., Burch J. M., Ennos A. E.:(Archbold, E., Burch J.M., Ennos A.E .:
„The application of holography to the comparison of cylinder bores", J. Sei. Instrum.44 (1967) Seite 489 bis 494)."The application of holography to the comparison of cylinder bores", J. Sei. Instrum. 44 (1967) pages 489 to 494).
Dieses Verfahren beschränkt sich auf die Analyse von Querschnittsänderungen.This method is limited to the analysis of cross-sectional changes.
Auch ist es bekannt, die radiale Komponente des örtlichen Verschiebungsvektors an der Zylinderlauffläche eines Motors nach Verschraubung des Zylinderkopfes auf dem Zylinderblock holografisch zu untersuchen. Beleuchtung und Erfassung der Zylinderlauffläche erfolgen über einen in den Zylinder axialsymmetrisch eingeführten Kegelspiegel. Der untersuchte Zylinderbereich wird auf einem Kreis abgebildet.It is also known to holographically examine the radial component of the local displacement vector on the cylinder surface of an engine after screwing the cylinder head on the cylinder block. Illumination and detection of the cylinder running surface take place via a conical mirror which is axially symmetrical in the cylinder. The examined cylinder area is displayed on a circle.
Unkontrollierte Verschiebungen, Kippungen oder Verformungen des Kegelspiegels während der Untersuchung müssen dabei unbedingt ausgeschlossen werden, da anderenfalls eine Rekonstruktion des radialen Verschiebungsfeldes aus dem Interferenzmuster unmöglich ist. (Leis H. G. Messung des Zylinderverzugs, VDI-Berichte 313 [1978] Seite 629 bis 635).Uncontrolled displacements, tilting or deformations of the conical mirror during the examination must be absolutely excluded, otherwise a reconstruction of the radial displacement field from the interference pattern is impossible. (Leis H. G. Measurement of cylinder distortion, VDI reports 313 [1978] pages 629 to 635).
Beide vorbeschriebene Methoden gehen nicht auf eine Analyse lateraler Verschiebungen parallel zur Zylinderachse ein.Both of the methods described above are not based on an analysis of lateral displacements parallel to the cylinder axis.
Außerdem sind Untersuchungen nichtzylindrischer rotationssymmetrischer Hohlkörper mit diesem Verfahren unmöglich. Die Analyse thermisch induzierter Verformungen oder von Schwingungszuständen sind damit ausgeschlossen.In addition, investigations of non-cylindrical rotationally symmetrical hollow bodies are impossible with this method. The analysis of thermally induced deformations or vibrational states are excluded.
Für ein Verfahren zum Erfassen von Verschiebungen an rohrförmigen Körpern soll ein einfaches, wenig störanfälliges Verfahren zum Erfassen der Verschiebungen in ihrer räumlichen Lage erzielt werden, das auch eine Anwendung bei nichtzylindrischen, jedoch rotationssymmetrischen Innenkonturen gestattet.For a method for detecting displacements on tubular bodies, a simple, low-interference method for detecting the displacements in their spatial position is to be achieved, which also permits use in non-cylindrical, but rotationally symmetrical inner contours.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das vorgenannte Verfahren in einer von den auf dem Prüfling ausgeübten Einflüssen ungestörten optischen Anordnung Doppelbelichtungshologramme herzustellen, aus denen duch einfache optische Verarbeitung aus dem gespeicherten Interferenzmuster die radialen und lateralen Komponenten von örtlichen Verschiebungen indirekt bestimmbar sind.The invention has for its object to produce double exposure holograms for the aforementioned method in one of the influences exerted on the specimen undisturbed optical arrangement from which simple optical processing from the stored interference pattern, the radial and lateral components of local displacements are indirectly determined.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, daß in der an sich bekannten optischen Anordnung zum Erzeugen des Doppelbelichtungshologrammes der Quellpunkt an einer Seite in der Rotationsachse die Innenkontur ganz oder teilweise belichtend angeordnet ist, wobei das Doppelbelichtungshologramm vorzugsweise senkrecht zur Rotationsachse gerichtet verlaufend erzeugt wird, und daß nachfolgend mindestens zwei aus dem Hologramm reproduzierte Interferenzmuster mittels eines mit seiner optischen Achse zur Rotationsachse bzw. zum Quellpunkt ausgerichteten Objektivs konstanter Brennweite mit jeweils unterschiedlichem Abstand seiner objektseitigen Hauptebene vom Hologramm aufgenommen, aus denen Differenzen in der Abbildung der Interferenzmuster erfaßt werden.According to the invention, this object is achieved in that in the known optical arrangement for generating the double exposure hologram of the swelling point on one side in the axis of rotation, the inner contour is wholly or partially exposing, wherein the double exposure hologram is preferably generated perpendicular to the axis of rotation running, and that below At least two of the hologram reproduced interference pattern by means of a aligned with its optical axis to the axis of rotation or to the source point constant focal length, each with a different distance of its object-side main plane of the hologram recorded, from which differences in the mapping of the interference patterns are detected.
Erfindungsgemäß können die Hologramm-Reproduktionen auch mit einem Objektiv veränderbarer Brennweite mit konstantem Abstand des Objektives vom Hologramm, jedoch mit jeweils unterschiedlichen Brennweiteneinstellungen hergestellt werden.According to the invention, the hologram reproductions can also be produced with a lens of variable focal length with a constant distance of the objective from the hologram, but with respectively different focal length settings.
Bei der Lösung entfällt eine Verlagerung der Reproduktionseinrichtung zur Hologrammebene zwischen den jeweils unterschiedlichen Reproduktionen.In the solution, a shift of the reproduction device to the hologram plane between the respective different reproductions is eliminated.
- 3 - ΌΗ3 33- 3 - ΌΗ3 33
Aus den Differenzen der unterschiedlichen Hologramm-Reproduktionen sind die lokalen Verschiebungskomponenten radial und parallel zur Rotationsachse der Innenkontur nachfolgend rechnerisch ableitbar.From the differences of the different hologram reproductions, the local displacement components can be derived in a mathematical manner, radially and parallel to the axis of rotation of the inner contour.
Der Vorteil besteht in der einfachen, durch die auf den Prüfling wirkenden Einflüsse wenig beeinträchtigten optischen Anordnung und in der nachfolgenden statischen optischen Auswertung des Doppelbelichtungshologrammes.The advantage consists in the simple, by the influences acting on the specimen influences little affected optical arrangement and in the subsequent static optical evaluation of the double exposure hologram.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind bezüglich der Rotationsachse monotone vom Quellpunkt belichtete Konturen, die durch beliebig verteilte Wandöffnungen unterbrochen sein können, mit ihren Formveränderungen erfaßbar, die durch mechanische oder thermische Einflüsse in der Größenordnung einer oder mehrerer Lichtwellenlängen auftreten.With the method according to the invention, monotonic contours exposed from the source point, which may be interrupted by arbitrarily distributed wall openings, can be detected with their changes in shape which occur due to mechanical or thermal influences of the order of magnitude of one or more wavelengths of light.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der Hologramm- bzw. Reproduktionserzeugung beschrieben, wobei gleichzeitig die mathematischen Zusammenhänge zum Erfassen der Verschiebungen aus Differenzen in den Abbildungen der Interferenzmuster von mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben aufgenommenen Hologramm-Reproduktionen erläutert werden.An embodiment of the method according to the invention with regard to hologram reproduction will be described with reference to the drawings, wherein at the same time the mathematical relationships for detecting the shifts from differences in the images of the interference patterns of hologram reproductions recorded with different magnifications will be explained.
Es zeigt:It shows:
Fig.1: optische Anordnung für das Verfahren.Fig.1: optical arrangement for the method.
Die rotationssymmetrische Innenkontur des Hohlkörpers, die durch die Funktion r (z) beschreibbar ist, wird ausgehend vom Quellpunkt Q divergent mit kohärentem, monochromatischem Licht beleuchtet. In der Ebene H superponieren die vom Quellpunkt direkt auftreffenden Lichtwellen (Referenzstrahl) mit den an der Innenseite des Hohlkörpers diffus gestreuten Lichtwellen (Objektstrahl) und erzeugen ein Hologramm H des untersuchten Objektes. Fig. 1.The rotationally symmetrical inner contour of the hollow body, which can be described by the function r (z), is illuminated starting from the source point Q divergently with coherent, monochromatic light. In plane H, the light waves (reference beam) incident directly from the source point superimpose with the light waves (object beam) diffusely scattered on the inside of the hollow body and generate a hologram H of the examined object. Fig. 1.
Durch Überlagerung eines Hologrammes H vom unverformten Objekt mit einem des verschobenen oder verformten Objektes sieht der Beobachter am Ort B nach der Rekonstruktion des Objektes mittels Referenzstrahl ein Interferenzstreifenmuster, welches in direktem Zusammenhang des Objektes steht.By superposing a hologram H on the undeformed object with one of the displaced or deformed object, the observer at location B, after the reconstruction of the object by means of a reference beam, sees an interference fringe pattern which is directly related to the object.
Der Gangunterschied A (nicht ersichtlich aus Fig. 1.) mit der Veränderung am Ort (ζ, φ) der zu untersuchenden Innenfläche genügt folgender Beziehung zur radialen Verschiebung Ar (ζ, φ) senkrecht zur Innenfläche und zur lateralen Verschiebung Az (ζ, φ) parallel zur Rotationsachse:The path difference A (not apparent from FIG. 1) with the change at the location (ζ, φ) of the inner surface to be examined satisfies the following relation to the radial displacement Ar (ζ, φ) perpendicular to the inner surface and to the lateral displacement Az (ζ, φ ) parallel to the axis of rotation:
A = - ([1 + IqTV2 + [1 + tBTV2)Ar -r (tQ[1 + IqTV2 - tB [1 -r- taT1/2)Az (1)A = - ([1 + IqTV 2 + [1 + t B TV2) Ar -r (t Q [1 + IqTV 2 - t B [1 -r- t a t 1/2) Az (1)
tQ = (z - Z0) /r(z), tB = (zB - z) /r(z)t Q = (z - Z 0 ) / r (z), t B = (z B - z) / r (z)
Vorausgesetzt wird dabei, daß sich der Beleuchtungsquellpunkt Q und der Beobachter B (objektseitige Hauptebene des abbildenden Objektivs) auf der Rotationsachse oder in deren unmittelbarer Nähe an den Koordinaten zQ und z3 befinden. Die rotationssymmetrische Innenfläche der Länge I des Hohlkörpers wird auf die Abbildung A in Form eines Kreisrings mit dem Innenradius R1 und dem Außenradius R2 abgebildet. Eine laterale Koordinate ζ am Objekt läßt sich eindeutig einem Radius R auf der Abbildung zuordnen.It is assumed that the illumination source point Q and the observer B (main object-side plane of the imaging objective) are located on the axis of rotation or in the immediate vicinity of the coordinates z Q and z 3 . The rotationally symmetrical inner surface of the length I of the hollow body is imaged on the image A in the form of a circular ring with the inner radius R 1 and the outer radius R 2 . A lateral coordinate ζ on the object can be uniquely assigned to a radius R on the image.
ο = Rir(z)/r(l) (2) ο = Rir (z) / r (l) (2)
r(O)/r(l) - (r(O)/r(l) - R1, R2 z/lr (O) / r (l) - (r (0) / r (l) - R 1 , R 2 z / l
Der Standpunkt des Beobachters ergibt sich bei bekannter Funktion r(z) unmittelbar aus dem Verhältnis der Kreisringradien auf der Abbildung.The observer's point of view results for known function r (z) directly from the ratio of the circular radii on the figure.
Im Vergleich mit bekannten hologramminterferometrischen Verfahren entfällt damit bei bekannter Lage zQ des Beleuchtungsquellpunktes eine direkte Vermessung des Interferometers für unterschiedliche Beobachterstandpunkte. Außerdem ermöglicht die vorliegende Anordnung im Gegensatz zu den bekannten Methoden die Rekonstruktion sowohl der radialen als auch der lateralen Verschiebungskomponente im Inneren aller Hohlkörper, deren rotationssymmetrische Kontur sich durch eine monotone, gerade oder konkave Funktion r(z) beschreiben läßt.In comparison with known hologram interferometric methods, a direct measurement of the interferometer for different observer standpoints is therefore not necessary given a known position z Q of the illumination source point. In addition, in contrast to the known methods, the present arrangement makes it possible to reconstruct both the radial and the lateral displacement components in the interior of all hollow bodies whose rotationally symmetric contour can be described by a monotone, straight or concave function r (z).
Die Rekonstruktion des Verschiebungsfeldes Ar, Az aus den experimentell ermittelten Gangunterschieden geschieht unter Verwendung der Grundgleichung (1) mit Hilfe des bekannten statischen oder dynamischen Auswerteverfahrens der holografischen Interferometrie.The reconstruction of the displacement field Ar, Az from the experimentally determined gait differences is done using the basic equation (1) using the known static or dynamic evaluation method of holographic interferometry.
Nachstehend soll durch ein Ausführungsbeispiel die Errechnung der Verschiebungen an Hand der Differenzen in den Abbildungen der Figur 1 erläutert werden. Gesucht sind die Werte thermisch induzierter, radialer und lateraler Verschiebungen an der Innenseite eines Hohlzylinders mit dem konstanten Radius r und der Länge I. Verwendet wird das statische Auswerteverfahren. Ausgehend von zwei Abbildungen des holografischen Interferenzmusters mit zwei verschiedenen Beobachterstandpunkten zB1, zB2-objektseitige Hauptebene des Objektivs- (Index 1 und Index 2) folgt aus Gleichung (1) folgendes Auswertesystem am Ort (ζ, φ) auf der untersuchten InnenflächeBelow is to be explained by an embodiment, the calculation of the shifts on the basis of differences in the figures of Figure 1. We are looking for the values of thermally induced, radial and lateral displacements on the inside of a hollow cylinder with a constant radius r and length I. The static evaluation method is used. Starting from two images of the holographic interference pattern with two different observer view points z B1 , z B2 object-side main plane of the objective (index 1 and index 2), the following evaluation system follows from equation (1) at location (ζ, φ) on the examined inner surface
Ar(z, φ) = a/Db/D A,(z, φ (4)Ar (z, φ) = a / Db / D A, (z, φ (4)
Az(z, φ) c/Dd/D A2(z, φ)Az (z, φ) c / Dd / DA 2 (z, φ)
a =a =
C=O + ta2 2)-1/2 + (,C = O + t a2 2 ) -1/2 + (,
2-1/22-1 / 2
31 -31 -
+ (tQ + W + (t Q + W
Die Zylinderinnenfläche wird jeweils in Form eines Kreisrings mit dem Innenradius R1, und dem Außenradius R2i abgebildet (Bildindex i = 1, 2). Gleichung (2) und Gleichung (3) vereinfachen sich für das gewählte Ausführungsbeispiel.The cylinder inner surface is in each case in the form of a circular ring with the inner radius R 1 , and the outer radius R 2 i imaged (image index i = 1, 2). Equation (2) and equation (3) simplify for the chosen embodiment.
z/l = (T - FVRiVd - BrJR2i) (6)z / l = (T - FVRiVd - B r JR 2i ) (6)
z3i/l = (1 - Rü/R^r1 z 3i / l = (1 - Rü / R ^ r 1
Das gewählte statische Auswerteverfahren ist wegen der höheren Genauigkeit gegenüber dem dynamischen Auswerteverfahren zu bevorzugen.The chosen static evaluation method is to be preferred because of the higher accuracy compared to the dynamic evaluation method.
Es ist darauf zu verweisen, daß die Lage der objektseitigen Hauptebene sowohl durch Verlagerung eines Objektivs konstanter Brennweite auf seiner optischen Achse gegenüber dem Hologramm, als auch durch Brennweitenänderung eines in konstantem Abstand zum Hologramm stehenden Objektivs mit veränderbarer Brennweite vorgenommen werden kann.It should be noted that the position of the object-side main plane can be made both by displacing a lens of constant focal length on its optical axis relative to the hologram, as well as by focal length change of a fixed focal length with fixed focal length to the hologram.
Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Prinzipskizze der holografischen Interferenzmuster, die erhalten werden, wenn eine Rekonstruktion der aufgenommenen Interferogramme aus den Beobachungspunkten zB1 bzw. zB2 vorgenommen wird.FIGS. 2a and 2b show a schematic diagram of the holographic interference patterns which are obtained when a reconstruction of the recorded interferograms from the observation points z B1 or z B2 is undertaken.
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| DD26455584A DD225496A1 (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | METHOD FOR REGULARLY RECORDING SHIFTS AT INTERIOR CONTOURS |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| DE102014017562A1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | Fachhochschule Köln | Method for producing a hologram |
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1984
- 1984-06-27 DD DD26455584A patent/DD225496A1/en not_active IP Right Cessation
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