DE1548284C3 - Verfahren und Vorrichtung zur interferometrischen Prüfung kleiner Formveränderungen eines Prüflings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur interferometrischen Ermittlung kleiner Unterschiede in der Form oder Gestalt zumindest eines Teils der Oberfläche eines Prüflings gegenüber einer der Oberflächenform des Prüflings sehr ähnlichen Bezugsoberfläche unter Anwendung der Wellenfront-Reproduktionstechnik.

Bei dieser Technik werden Beugungsgittermuster von zumindest einem Teil der Oberflächenform eines mit kohärentem Licht beleuchteten Prüflings zusam-

s5 men mit einem Hintergrund von kohärentem Licht aufgezeichnet und anschließend ein vollständiges, dreidimensionales Bild des betreffenden Teils des Prüflings reproduziert. Das Verfahren bedarf einer intensiven Quelle sehr kohärenten Lichts, wie es jetzt durch einen Lasergenerator erhalten werden kann und ursprünglich von G a b r o, Proc. Roy S ο u c (London) A. 197, 454 (1949) entwickelt und dann von Leith und Up at nicks, Journ. Opt. Soc. Am. 54, 1295 (1964) weiter entwickelt worden ist.

Bei einer Ausführungsform dieses entwickelten Verfahrens wird der Prüfling in einen Teil des kohärenten Lichtstrahls, zweckmäßigerweise eines parallelen Bündels, eingesetzt und ein Prisma mit kleinem Brechungswinkel wird an der gleichen Stelle entlang des Bündels so angeordnet, daß es das hindurchgehende Licht zu dem am Prüfling vorbeilaufenden Licht ablenkt. Eine feinkörnige fotographische Platte wird dort, wo sich die zwei Bündelteile überlagern, angeordnet und das dort erzeugte Interferenzstreifenmuster wird hierdurch aufgezeichnet. Wenn nun die entwickelte Platte (das »Hologramm«) wieder an dieselbe Stelle eingesetzt wird und der Prüfling entfernt wird, kann bei Beobachtung durch die Platte wiederum unter Beleuchtung mit hinreichend kohärentem Licht und mit allen Elementen in genau der gleichen Stellung ein vollständiges dreidimensionales Bild des betreffenden Teils des Prüflings an der Stelle gesehen werden, welche dieser während der Aufzeichnung eingenommen hat.

In einem Auszug einer Veröffentlichung von Stetson und Powell, die im »Journal of Optical Society of America«, Band 55, Seite 612 (1965), veröffentlicht worden ist, ist vorgeschlagen worden, die Technik der Wellenfront-Reproduktion bei der interferometrischen Prüfung eines vibrierenden oder in anderer Weise bewegten Prüflings zu verwenden, wobei ein Hologramm mittels des durch den bewegten Prüfling reflektierten oder zerstreuten Lichts erzeugt wird und ein Interferenzstreifenmuster ausschließlich als Ergebnis des Wiederaufbaues eines Bildes mittels des Hologramms erzeugt wird. Dieses bekannte Verfahren, bei welchem die mittels des Hologramms wiedergegebene Information einen zeitlichen Mittelwert an-

gibt, kann nur verhältnismäßig begrenzt auf die zu untersuchende Art von Erscheinungen angewendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lichtinterferenz bei der Prüfung und Messung kleiner Veränderungen von Prüflingen in einem wesentlich weiteren Umfang anwendbar zu machen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zur interferometrischen Ermittlung kleiner Unterschiede in der Form oder Gestalt zumindest eines Teils der Oberfläche eines Prüflings gegenüber einer der Oberflächenform des Prüflings sehr ähnlichen Bezugsoberfläche unter Anwendung der Wellenfront-Reproduktionstechnik erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das aus einem Hologramm der Bezugsoberfläche erzeugte dreidimensionale Bild der Bezugsoberfläche möglichst genau dem zu prüfenden Teil der Prüflings-Oberfläche überlagert wird und die zwischen dem dreidimensionalen Bild und der wirklichen Prüflingsoberfläche sich ergebenden, den Formunter- < schieden entsprechenden Interferenzeffekte ausgebt wertet werden.

Im Gegensatz zum vorstehend erwähnten bekannten Verfahren werden beim erfindungsgemäßen Verfahren Interferenzeffekte ausgenutzt, die zwischen der wirklichen Prüflingsoberfläche und demjenigen Bild erhalten werden, welches mittels eines der Prüflingsoberfläche entsprechenden Hologramms reproduziert wurde, indem der Prüfling in einer geeigneten Stellung gegenüber dem Bild angeordnet wird. Deswegen ist dieses Verfahren allgemein für die Ermittlung und Messung kleiner Veränderungen in der Gestalt oder Stellung oder kleiner Abweichungen von einer vorbestimmten Form anwendbar, wie sie durch Beanspruchungen infolge äußerer Belastungen, biologischer Veränderungen oder Ungenauigkeiten bei der Herstellung verursacht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet jede mehr als verschwindend kleine äußere Belastung des zu untersuchenden Prüflings und es kann für die Prüfung schwer zugänglicher Gegenstände verwendet werden, wie zur Prüfung des Inneren eines durchsichtigen, unter Druck oder Vakuum stehenden Ballons oder des Inneren einer engen Bohrung. Es brauchen nur Lichtstrahlen auf den Gegenstand zu fallen und die verwendete Ausrüstung braucht mit dem Gegenstand nicht in Berührung zu kommen, abgesehen von irgendeiner Abstützung, um den Gegenstand in Stellung zu halten.

In der Regel wird die Bezugsoberfläche ein Teil eines technischen Gegenstandes sein, jedoch kann in einigen Fällen, z. B. wenn ein als Mutterstück dienender Gegenstand schwierig mit der notwendigen Oberflächenform herzustellen ist, das Hologramm von einem vorgetäuschten Gegenstand hergestellt werden. So können z. B. eine zylindrische Oberfläche für diese Zwecke mittels einer während der Belichtung bewirkten Drehung durch eine ebene Oberfläche und eine parabolische Oberfläche mittels Maßstabsänderungen durch eine lineare Oberfläche vorgetäuscht werden. Wiederum können zwei Hologramme auf einer Platte von zwei verschiedenen Objekten erzeugt werden, um den Effekt eines Gegenstandes in einem anderen zu erhalten, oder ein Hologramm kann von einem Bild einer von einem ersten Hologramm wiedererzeugten Oberfläche hergestellt sein, wobei dieses Bild eine andere wirkliche Oberfläche umgibt, ober selbst von zwei holographischen Rekonstruktionen. Wenn die Bezugsoberfläche ein Teil eines wirklichen Gegenstandes ist, können der Prüfling und der Gegenstand mit der Bezugsform mit seinem eigenen rekonstruierten Bild verglichen werden. Jedoch kann der Prüfling, vorausgesetzt, daß er aus später erläuterten Gründen ein wesentliches Maß von spiegelnder Reflexion aufweist, eine Kopie entweder eines tatsächlichen Muttergegenstandes mit der Bezugsform sein oder eines vorgetäuschten Muttergegenstandes. Mit Kopie ist ein Gegenstand gemeint, der nominell eine identische

ίο Form mit dem Muttergegenstand zumindest im zu prüfenden Teil aufweist.

Das Interferenzstreifenmuster macht den Unterschied zwischen der ursprünglich aufgezeichneten Form und der Form zum Zeitpunkt des Vergleichs sichtbar und es kann bezüglich seiner Dimensionen nach den Abständen und der Richtung der Streifen und den Parametern des Apparates ausgewertet werden. Die Erfindung gestattet nicht nur die Beobachtung dauernder Abweichungen eines Prüflings von einer ursprünglichen Form oder Stellung, sondern von den Änderungen im Zeitpunkt von deren Auftreten. Die Interferenzstreifen können überdies, indem eine Kamera an die Stelle des Auges des Beobachters gebracht wird, unter Verwendung von üblichem Kurzbelichtungsmaterial grober Körnung für Aufzeichnungszwecke und für die Auswertung in Muße fotografiert werden. Es wird sich zeigen, daß Interferenzstreifen nur für Wellenfrontabweichungen in der Größenordnung von Lichtwellenlängen erhalten werden.

Nach einem besonders zweckmäßigen Merkmal der Erfindung wird der Prüfling während seiner Verformung geprüft und das Hologramm wird vom relevanten Oberflächenteil des Prüflings bei dessen unverformten Zustand aufgenommen. Der Prüfling kann in Schwingungen versetzt werden und die Interferenzeffekte können visuell unter stroboskopischer Beleuchtung beobachtet werden.

Nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der Erfindung ist bei einem Prüfling, dessen zu prüfender Teil eine wesentliche spiegelnde Reflexion aufweist, die Bezugsoberfläche Teil der Oberfläche eines gesonderten Mutterstücks, von dem der Prüfling eine Kopie darstellt.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zur Prüfung eines Prüflings mit einer zylindrischen, wesentlich spiegelnden Oberfläche, deren Form mit der zylindrischen Oberfläche eines Mutterstücks identisch ist, ist gekennzeichnet durch Lichtleitorgane, die aus einer Quelle kohärenten Lichts eine Beleuchtung erzeugen, welche symmetrisch um eine Achse verteilt ist derart, daß, wenn der Prüfling mit der zylindrischen Oberfläche in einer gegebenen Stellung koaxial zu der Beleuchtung angeordnet ist, ein Teil des Lichts schräg auf diese Oberfläche einfällt und von da zu einem Bereich einer Ebene reflektiert wird, die senkrecht zu dieser Achse liegt, während ein Teil des Lichts diesen Ebenenbereich direkt erreicht, ferner gekennzeichnet durch optische Beobachtungsorgane zur Beobachtung der zylindrischen Oberfläche des Prüflings mittels des Lichts, das von dieser Oberfläche zu dem Ebenenbereich reflektiert wird, und durch eine in dem Ebenenbereich angeordnete fotografische Platte, auf der ein Hologramm aufgezeichnet worden ist, von dem mittels des diesen Bereich direkt erreichenden Lichts ein Bild wiederaufbaubar ist, das in der gegebenen Stellung der zylindrischen Oberfläche des Mutterstücks

angeordnet ist. .

Nach einem weiteren zweckmäßigen Merkmal der Erfindung können zur Prüfung der Außenoberfläche eines Zylinders die Lichtleitorgane aus einer Zerstreuungsscheibe bestehen, durch die ein Teil des Lichts direkt hindurchtritt. Zur Prüfung einer zylindrischen Bohrung können die Lichtleitorgane zur Leitung des Lichts unter schrägem Einfallswinkel aus einer ringförmigen konischen Linse bestehen. Die Beobachtungsorgane können aus einer Teleskopeinrichtung bestehen, die eine Blende im Weg des unmittelbar von der Quelle kommenden Lichts aufweist.

Die Erfindung und deren weiteren Vorteile werden an Hand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fi g. 1 zeigt eine Anwendung der Erfindung bei der Prüfung eines Prüflings in der Form eines kanalförmigen Stahlprofil teils;

F i g. 2 zeigt ein Interferenzstreifenmuster, das zwischen dem rekonstruierten Bild eines von einem kanalförmigen Stahlprofilteil erhaltenen Hologramms und dem durch Belastung leicht verbogenen Muster erhalten;

F i g. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung bei der Prüfung eines flachen oder nahezu flachen Gegenstandes;

Fig. 4 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung für die Prüfungen eines zylindrischen Gegenstandes;

F i g. 5 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung für die Prüfung einer zylindrischen Bohrung, und

F i g. 6 und 7 veranschaulichen die Anwendung der Erfindung bei der Prüfung eines im wesentlichen flachen Gegenstandes, der ein flaches Reliefmuster aufweist.

Fi g. 1 zeigt ein hoch kohärentes Laserstrahlbündel 11, das durch eine Linse 12, zweckmäßigerweise ein Mikroskop-Objektiv, hindurchgeleitet wird, welches das Bündel fokussiert und hinter dem Brennpunkt auseinandertreten läßt. Der aus einer Länge eines kanalförmigen Stahlprofils 13 bestehende Prüfling wird mit seiner Länge parallel zur Systemachse, jedoch im Abstand von dieser angeordnet. Das Hologramm wird auf einer fotografischen Platte 14 mit sehr feiner Körnung aufgezeichnet. Es wird sich zeigen, daß etwas Licht, welches durch den Strahl 15 wiedergegeben ist, die Platte 14 unmittelbar erreicht, während anderes, durch den gegenüber dem Strahl 15 geneigten Strahlen 16 wiedergegebenes Licht auf den Prüfling fällt und von dort diffus zur Platte 14 reflektiert wird. Auf der Platte 14 erzeugen der unmittelbar auftretende und der reflektierte Strahl ein Interferenzmuster, welches auf ihr aufgezeichnet wird und nach der Entwicklung das Hologramm bildet. Wenn der Prüfling entfernt wird, wird das Hologramm wieder an genau dieselbe Stelle eingebracht und es wird genau die gleiche Beleuchtung verwendet und bei Beobachtung durch die Platte (das Auge des Beobachters ist mit 17 bezeichnet) kann ein dreidimensionales Bild des Prüflings an der von diesem vorher eingenommenen Stelle beobachtet werden und dieses Bild kann fotografiert werden, indem eine mit normal empfindlichem Material beladene Kamera an die Stelle des Auges 17 gebracht wird.

Wenn der Prüfling in genau die gleiche Stellung eingebracht wird, jedoch einige geringfügige Formänderungen erfahren hat, wird ein Interferenzstreifenmuster erzeugt zwischen dem dreidimensionalen Bild und dem Prüfling. Dieses Muster kann vom Beobachter betrachtet oder für anschließende Studien fotografiert werden.

Die Tatsache, daß die Oberfläche des Prüflings (in der Größenabmessung von Lichtwellenlängen) äußerst rauh ist und nur diffus reflektierend ist, behindert nicht das Erzielen der vorstehend erwähnten Ergebnisse, sondern macht die Notwendigkeit des genau an Ort und Stelle Wiedereinbringens des Prüflings erkennbar, für den Fall, daß ein Interferenzmuster zwischen dem Bild und dem Prüfling erhalten werden soll. Es wird sich auch zeigen, daß Unterschiede in feinen Oberflächeneinzelheiten zwischen einem Stahlstück und einem anderen die Erzielung irgendeines oder irgendeines brauchbaren Interferenzmusters verhindern würden, wenn ein verschiedener Prüfling bei der Herstellung des Bildes eingesetzt werden würde.

Ein kanalf örmiges Stahlprofilteil ist nur ein Beispiel und im allgemeinen kann jeder Prüfling bis fast zu einem gänzlich schwarzen Prüfling in dieser Weise geprüft werden, obwohl bei anderen Prüflingsformen andere Anordnungen vorzusehen sein mögen. Einige andere Beispiele werden später erläutert.

Eine Art einer geringfügigen Formänderung des Prüflings, die oft interessiert, ist die Abbiegung infolge einer erfolgten Belastung. Fi g. 2 veranschaulicht den Effekt einer Belastung des Prüflings nach Fi g. 1 durch Einwirkung einer Kompressionskraft in Richtung des Pfeiles 18 in Fig. 1. Die kraft wirkt über Klemmbakken 19 gemäß Fi g. 2 ein. Wenn die Kraft sich ändert, wird sich auch das Streifenmuster ändern und die tatsächliche Verbiegung kann aus der Anzahl und dem Abstand der Streifen, deren Form und den Parametern des Gerätes ermittelt werden. .

Anstatt das Streifenmuster infolge Verbiegung getrennt aufzuzeichnen, kann dieses auf der ursprünglichen Platte 14 aufgezeichnet werden. Eine erste Belichtung erfolgt mit dem Prüfling in Ruhestellung, wie vorstehend beschrieben. Dann wird die verbiegende Kraft auf den Prüfling einwirken gelassen und eine weitere Belichtung der gleichen Platte erfolgt. Wenn diese Platte entwickelt ist, weist sie ein 2faches Hologramm auf und das von diesem rekonstruierte Bild zeigt sowohl den Prüfling als auch das Streifenmuster, wie in F i g. 2 wiedergegeben. Das Verfahren kann mit einer größeren Anzahl von Verbiegungen als nur einer wiederholt werden. Scharf umrissene Streifen werden jedoch nur dann erhalten, wenn die aufeinanderfolgenden Verbiegungen gleich sind. Dies kann erzielt werden durch gleichmäßige Steigerung der Kraft, solange der Prüfling sich elastisch verhält und den Hookeschen Gesetzen folgt. Solche Vielfachbündelhologramme ermöglichen es demgemäß, Zonen von Uberbelastung an Hand der fehlenden Schärfe der Streifen zu erkennen.

Eine andere Formänderung, die ermittelt werden kann, ist die infolge Schwingungen. Für das Studium von Schwingungen komplizierter Bestandteile wird der Bestandteil am besten in seinem ungestörten Zustand aufgezeichnet schon allein aus dem Grund, daß die feinkörnige fotografische Emulsion, die im ersten Stadium verwendet werden muß, langsam reagiert und Belichtungen von zumindest Sekundendauer notwendig sein könnten. Die Streifen zwischen der Rekonstruktion und dem Bestandteil könnten entweder visuell unter stroboskopischer, kohärenter Beleuchtung oder fotografisch unter Verwendung von fotografischen Schnellverfahren beobachtet werden. Bei Ver-

wendung gleichmäßiger Beleuchtung kann dieses Studium der Schwingungen sich auf Fälle ausdehnen, in denen einige Teile des Gegenstandes stationäre Knoten sind und statische Streifen ergeben, während andere eine Schwingung solcher Amplitude aufweisen, daß die Streifen sich bewegen und nicht mehr sichtbar sein könnten.

Es sei erwähnt, daß in den Fällen, in denen vorgezogen wird, das Bild bei seinem In-Erscheinung-Treten zu beobachten an Stelle zu fotografieren, es wünschenswert ist, zu gewährleisten, daß alles das Auge des Beobachters erreichende Licht zur Vermeidung der Gefahr von Schaden diffus ist. So würde in Fi g. 1 ein Schutz für das Auge des Beobachters gegen das unmittelbar das Hologramm erreichende Licht notwendig sein. Ein Zerstreuungsschirm oder ein abgeblendetes Teleskopsystem, wie nachstehend beschrieben, könnte verwendet werden.

Es kann erreicht werden, daß der Teil des Bündels, der sonst nicht zerstreut werden würde, durch einen Schirm zerstreut wird. Bei solchen Arten von Gegenständen wie dem in Fig. 1 gezeigten Prüfling, d. h. einem geraden oder flachen oder unter großem Radius gekrümmten, diffus reflektierenden Gegenstand, kann die Anordnung nach Fig. 3 verwendet werden. Bei dieser ist die Laserquelle so angeordnet, daß sie als punktförmige Lichtquelle 21 wirkt, die so angeordnet ist, daß etwas Licht unmittelbar durch eine Mattscheibe 22 geleitet wird, um in geeigneten Richtungen schräg auf den Gegenstand 32 zu fallen, während der andere Teil durch die Mattscheibe zerstreut wird und die fotografische Platte 24 unmittelbar erreicht. Auf diese Weise wird alles reflektierende Licht und das die Platte 24 unmittelbar erreichende Licht zerstreut. In dem Falle eines spiegelartig reflektierenden Gegenstandes könnte die Mattscheibe so angeordnet werden, daß sie das Licht bis zum Gegenstand zerstreut und auch das unmittelbar die Platte erreichende Licht, hierdurch werden jedoch der Kontrast und daher die Sichtbarkeit der Streifen herabgesetzt und daher ist ein abgeblendetes Teleskopsystem vorzuziehen.

Wenn ein zu prüfender Gegenstand in Form einer Nachbildung oder Kopie mit dem rekonstruierten Bild eines Hologramms eines Muttgergegenstandes verglichen wird, muß die Nachbildung hinreichend genau mit der Form des Muttergegenstandes über den ganzen in Betracht kommenden Oberflächenteil übereinstimmen, wenn auswertbare Interferenzeffekte erhalten werden sollen. Es gibt seltene Fälle, in denen durch das Herstellungsverfahren kleine Unregelmäßigkeiten der Oberfläche (eine ist nachstehend beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7) reproduziert werden, aber im allgemeinen kann der Vergleich von Nachbildungen mit einem Muttergegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung nur durchgeführt werden, wenn die Nachbildungen glatt genug sind, um einen wesentlichen Grad an spiegelnder Reflexion zu ergeben. Bei hinreichend schräg einfallender Beleuchtung mögen zufriedenstellende Ergebnisse bei mit normaler Maschinenbearbeitung endbearbeiteteten Oberflächen erzielt werden. Diffuse, zu Schwierigkeiten führende Reflexionen können üblicherweise abgefangen werden.

Ein Beispiel eines spiegelnd reflektierenden Gegenstandes, dessen Nachbildungen mit einem Muttergegenstand verglichen werden können, ist eine geschliffene oder maschinell bearbeitete zylindrische Metallstange 25 (Fig. 4). Diese kann rundherum überprüft werden, indem ihre Achse in Längsrichtung zwischen einer Zerstreuungsscheibe 26 und der fotografischen Platte 27 angeordnet wird, wobei die Scheibe und auch das aufgezeichnete Hologramm kreisringförmig sind. Die Beobachtung.kann durch ein Teleskopsystem erfolgen. Die Scheibe 26 wird durch ein paralleles Bündel 28 eines Lasergenerators beleuchtet, so daß das Licht bis zum Objekt hin diffus ίο gemacht wird. Solches unmittelbar von der Scheibe 26 und durch die Platte 27 wandernde Licht kann durch die Objektlinse 29 des Teleskops fokussiert werden. Zum Schutz des Beobachters ist eine undurchsichtige Blende 31 auf dem Augenstück 32 im erforderlichen Bereich vorgesehen.

Die zerstreuende Scheibe selbst kann mittels der gleichen Technik hergestellt werden, wie sie im ersten Stadium für die Aufzeichnung des Objekts verwendet worden ist. Das kann zweckmäßig sein bei Objekten ao komplizierter Form. Es ist jedoch nicht wesentlich und in manchen Fällen können einfachere Verfahren angewendet werden. Zum Beispiel kann die Scheibe bzw. der Schirm für die Anordnung nach den Fig. 3 und 4 aus transparentem Material mit Kratzern darauf »5 bestehen, wobei die Kratzer das Licht zerstreuen, während die freien Teile dazwischen ihnen den geraden Lichtdurchtritt erlauben. Die Anteile an diffusem und unmittelbarem Licht können im großen und ganzen durch die Weise, in welcher die Kratzer angebracht werden, festgelegt werden.

Bei der Anordnung nach Fi g. 5 ist der Gegenstand die Umkehrung des nach Fig. 4, nämlich eine zylindrische Bohrung 41. Hier wird ein Bündel 42 einer Laserquelle mittels einer Linse 43 zerstreut und bei einem geeigneten Durchmesser durch eine Linse 44 gesammelt. Ein kreisringförmiger Teil des Bündels wird durch eine konische Linse 45 geleitet, welche das Licht über die ganze Länge der Bohrung 41 unter einem konstanten Winkel schräg einfallen läßt. Im Mittelpunkt der Linse 45 befindet sich eine konkave Linse 46, welche das unmittelbare Licht über den erforderlichen Bereich der fotografischen Platte 47 zerstreut. Die sehr schräge Beleuchtung des Prüflings, die hier angewandt wird, ermöglicht die Erzielung nützlicher Ergebnisse bei großkörniger Oberfläche, wie üblicherweise bei Automobilzylinderblöcken.

Das Bild könnte durch ein abgeblendetes Teleskopsystem nach Fig. 4 beobachtet werden, jedoch kann statt dessen auch eine Linse 8 und eine Blende 49 mit kreisförmiger öffnung verwendet werden, um das Bild in der Ebene 51 zu erzeugen, welches durch Reflexion sichtbar gemacht werden kann, auf diese Weise das Auge des Beobachters beschützend. Die Blende 49 fängt diffuses Licht ab, welches die Klarheit des Bildes beeinträchtigen könnte. An Stelle der konischen Linse 45 könnte auch diffuse Beleuchtung gemäß Fig. 4 bei einer zylindrischen Bohrung verwendet werden, während in F i g. 4 eine konische Linse benutzt werden könnte, um den Gegenstand schräg unter konstanten Winkel zu beleuchten. Ein Vorteil des schrägen Einfalls ist, daß verhältnismäßig große Gegenstände ohne Schwierigkeiten in bezug auf die Belichtung und die Kohärenz des Lichtes geprüft werden können. Es verbessert auch das In-Erscheinung-Treten der Oberflächenbearbeitung, weil die Reflexion um so spiegelnder wird, je mehr man sich dem streifenden Einfall nähert. Ein weiterer Vorteil bei der Prüfung von Nachbildungen ist, daß, wenn, wie

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in Fig. 4, die Strahlen über einen Winkelbereich auf den Gegenstand fallen, die Empfindlichkeit für verschiedene Winkel verschieden ist, da das Licht monochromatisch ist und klare Streifen maximalen Kontrastes nur dann erhalten werden, wenn die Oberfläche der Nachbildung in der Bildoberfläche liegt. In diesen Fällen machen die zu beobachtenden Streifen nicht nur Abweichungen der Form kenntlich, sondern ihr Kontrast zeigt auch an, ob die Nachbildung die gleichen absoluten Abmessungen hat wie das Original, von dem das Hologramm gemacht worden ist. Wenn ein einziger Einfallswinkel, wie in Fig. 5, verwendet wird, behalten die Streifen guten Kontrast und konstante Empfindlichkeit, jedoch eine geringe Abweichung in den absoluten Abmessungen wird nicht langer kenntlich gemacht.

Ein Abschlußbeispiel ist die Verwendung eines Hologramms als einfache Schablone für das Kalibirieren von im großen und ganzen ebenen Oberflächen mit einem Reliefmuster, z. B. den Oberflächenkonturen einer Münzoberfläche. Hier wird, wie in Fig. 6 gezeigt, eine fotografischen Platte 61 parallel zum Prüfling 62 angeordnet und das Laserbündel 63 wird durch die Platte zum Prüfling geleitet, so daß die Platte dem unmittelbar durch sie hindurchgehenden Licht ausgesetzt ist und das vom Gegenstand zurückgestreute Licht entweder mit dem unmittelbaren Licht unter Bildung eines Hologramms wie bei einer Lippmann-Photographie, oder mit von der Plattenoberfläche reflektiertem Licht interferiert. Um es zu ermöglichen, das Bild und den Gegenstand ohne Behinderung der Beleuchtung zu beobachten, kann wie in Fi g. 7 gezeigt, ein halbdurchsichtiger Reflektor 64 zweckmäßigerweise unter einem Winkel von 45° quer zum Bündel angeordnet werden, und das Bild wird durch Reflexion beobachtet (oder fotografiert), wobei das Auge des Beobachters mit 65 bezeichnet ist. Das Verhältnis des durchgelassenen Lichts zum vom Reflektor 64 zurückgeworfenen Licht sollte hoch genug sein, um ungeeignete Dämpfung des durch das

ίο Hologramm gehenden Lichts zu vermeiden und den Beobachter zu beschützen. Bei Gegenständen, die mit der bei Münzen üblichen Genauigkeit hergestellt sind, kann diese Anordnung verwendet werden zum Vergleichen von Nachbildungen mit einem Mutterstück.

Als Anwendung der Erfindung für die visuelle Prüfung eines schwingenden Gegenstandes, kann eine Lautsprechermembran genannt werden. Es wird ein Hologramm der Membran selbst überlagert. Ein periodischer Erregerstrom für den Lautsprecher kann

ao gleichzeitig für eine stroboskopisch^ Regelung der Beleuchtung, unter welcher die Beobachtung erfolgt, benutzt werden, entweder durch Steuerung eines Verschlusses oder in geeigneten Fällen durch unmittelbare Steuerung der Lichtquelle selbst.

»5 Bei Ausübung der Erfindung kann ein Argon-Laser-Generator verwendet werden wegen seiner hohen Leistung und fotografischen Wirksamkeit, jedoch sind gute Ergebnisse erzielt worden mit einem 6328-A-Helium-Neon-Lasererzeuger und mit feinkörniger Emulsion überzogenen Platten, die für die Farbe des ausgesandten Lichts empfindlich sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur interferometrischen Ermittlung kleiner Unterschiede in der Form oder Gestalt zumindest eines Teils der Oberfläche eines Prüflings gegenüber einer der Oberflächenform des Prüflings sehr ähnlichen Bezugsoberfläche unter Anwendung der Wellenfront-Reproduktionstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Hologramm der Bezugsoberfläche erzeugte dreidimensionale Bild der Bezugsoberfläche möglichst genau dem zu prüfenden Teil der Prüflings-Oberfläche überlagert wird und die zwischen dem dreidimensionalen Bild und der wirklichen Prüflingsoberfläche sich ergebenden, den Formunterschieden entsprechenden Interferenzeffekte ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling während seiner Verformung geprüft wird, und daß das Hologramm vom relevanten Oberflächenteil des Prüflings bei dessen unverformten Zustand aufgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, 'dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling in Schwingung versetzt wird und die Interferenzeffekte visuell unter stroboskopischer Beleuchtung beobachtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Prüfling, dessen zu prüfender Teil eine wesentliche spiegelnde Reflexion aufweist, die Bezugsoberfläche Teil der Oberfläche eines gesonderten Mutterstücks ist, von dem der Prüfling eine Kopie darstellt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Prüfung eines Prüflings mit einer zylindrischen, wesentlich spiegelnden Oberfläche, deren Form mit der zylindrischen Oberfläche eines Mutterstücks identisch ist, gekennzeichnet durch Lichtleitorgane (26, 43, 44, 45, 46), die aus einer Quelle kohärenten Lichts (28, 42) eine Beleuchtung erzeugen, welche symmetrisch um eine Achse verteilt ist derart, daß, wenn der Prüfling (25, 41) mit der zylindrischen Oberfläche in einer gegebenen Stellung koaxial zu der Beleuchtung angeordnet ist, ein Teil des Lichts schräg auf diese Oberfläche einfällt und von da zu einem Bereich einer Ebene reflektiert wird, die senkrecht zu dieser Achse liegt, während ein Teil des Lichts diesen Ebenenbereich direkt erreicht, ferner gekennzeichnet durch optische Beobachtungsorgane (29,32,48,49, 51) zur Beobachtung der zylindrischen Oberfläche des Prüflings mittels des Lichts, das von dieser Oberfläche zu dem Ebenenbereich reflektiert wird, und durch eine in dem Ebenenbereich angeordnete fotographische Platte (27, 47), auf der ein Hologramm aufgezeichnet worden ist, von dem mittels des diesen Bereich direkt erreichenden Lichts ein Bild wiederaufbaubar ist, das in der gegebenen Stellung der zylindrischen Oberfläche des Mutterstücks angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung der Außenoberfläche eines Zylinders (25) die Lichtleitorgane aus einer Zerstreuungsscheibe (26) bestehen, durch die ein Teil des Lichts direkt hindurchtritt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Prüfung einer zylindrischen Bohrung (41) die Lichtleitorgane zur Leitung des Lichts unter schrägem Einfallswinkel aus einer ringförmigen konischen Linse (45, 46) bestehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beobachtungsorgane aus einer Teleskopeinrichtung (29, 32) bestehen, die eine Blende (31) im Weg des unmittelbar von der Lichtquelle kommenden Lichts (28) aufweist.