DE2019617B2 - Verfahren und anordnung zur untersuchung eines schwingenden objekts unter verwendung von kohaerentem licht - Google Patents

Description

5. Anordnung nach A· spruch 3 oder 4, da- Bri.igt man jetzt gemäß der Erfindung in das durch gekennzeichnet, daß der Abstand (α) der Streulicht des diffus streuenden Körpers, das also Inleuchtenden Fläche (5) vom zu untersuchenden tensitätsfluktuationen im Raum aufweist, ein auf sei-Objekt (6) veränderbar ist. 35 nen Bewegungszustand zu untersuchendes Objekt, so

wird sich die Intensitätsverte^:lu.:^ auf der beleuchteten Objektfläche an Stellen der Bewegung laufend

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine An- ändern und die Granulation verschwinden. Andererordnung zur Untersuchung eines schwingenden Ob- seils bleibt die Granulation an Stellen der Ruhe, beijektes unter Verwendung von kohärentem Licht, wo- 40 spielsweise also an den Orten der Knotenlinien eines bei das zu untersuchende Objekt unmittelbar durch in stehenden Schwingungen bewegten Objektes, erein geometrisch-optisches Linsensystem abgebildet halten. Die vom Auge wahrgenommene Granulation wird. wird im allgemeinen wesentlich gröber sein als die

Für die Untersuchung der Spannungszustände und durch den Diffusor erzeugte, da sie von der Apertur

der Beanspruchung eines Maschinenteils ist die 45 der bilderzeugenden Optik abhängt.

Kenntnis der Knotenlinien und gegebenenfalls auch Mittels des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist

der Schwingungsbäuche in den Eigenschwingungen es also möglich, unmittelbar visuell oder photogra-

des Teiles von großer Bedeutung. phisch Knotenlinien bzw. Orte der Ruhe von beweg-

Zur Feststellung derselben ist es bisher üblich, das ten, speziell schwingenden Objekten dadurch zu erschwingende Objekt punktweise mechanisch abzuta- 50 kennen, daß Orte der Ruhe grob granuliert erscheisten, was außerordentlich zeitraubend und mühsam nen, bewegte Elemente des Objektes aber praktisch ist. Ferner ist auch ein holographisches Verfahren homogen leuchten, jedenfalls aber sehr viel feinkörbekannt (J. Opt. Soc. Am., 55, 1965, 1593), welches niger aussehen. Die Stellen des Übergangs von der neben den Knotenlinien die Kurven gleicher groben Granulation zur homogenen Fläche liefern Schwingungsamplitude liefert. Dieses Verfahren be- 55 zusätzlich Informationen über die Größe der Bewedingt aber den in der Holographie üblichen beträcht- gungamplitude an diesen Stellen, da bei gleicher liehen Aufwand für einen stabilen Aufbau; außerdem Empfindlichkeit das Verschwinden der Granulation ist bei dem Verfahren auch die durch den photogra- eine eindeutige Funktion der Amplitude ist.
phischen Prozeß erforderliche lange Meßdauer, die Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfinin der Größenordnung von etwa einer halben Stunde 60 dung wird das Verhältnis der Größe der das Streupro Aufnahmen liegt, nachteilig. licht für die Beleuchtung des zu untersuchenden Ob-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese jektes liefernden leuchtenden Fläche des Diffusors

Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren bzw. eine zum Abstand des Objektes von der leuchtenden

Anordnung zu dessen Durchführung zu schaffen, wo- Fläche verändert. Damit ergibt sich die Möglichkeit,

mit visuell oder photographisch unmittelbar Infor- 65 die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Verfah-

mationen über Bewegung oder Ruhezustand der EIe- rens zu ändern. Je größer das Verhältnis der Größe

mente eines zu untersuchenden Objektes erhältlich der leuchtenden Fläche zum Abstand Diffusor—Ob-

sind. jekt ist, desto feiner ist die durch den Diffusor er-

zeugte Granulation, und desto größer ist die Emp- 3 449 944), ein schwingendes Objekt dadurch findlichkeit, d. h., bei desto kleineren Bewegungsam- zu untersuchen, daß eine Linse an dem schwingenplituden des zu untersuchenden Objektes verschwin- den Objekt befestigt wird und durch die Linse kohädet die beobachtete Granulation im Bild. Die Bewe- rentes Licht geleitet und das entstehende Interferenzgungsamplitude, bei welcher der Übergang von der 5 muster detektiert wird.

groben Granulation zur homogenen Fläche auftritt, Schließlich ist es bekannt (USA.-Patent-

ist in weiten Grenzen wählbar und reicht von einigen schrift 3 355 934), phasenmoduliertes Laserlicht am Lichivvellenlängen bis zu mehreren zehntein Millime- vibrierenden Prüfling zu reflektieren und die Phasentern. änderung durch Vergleich mit der Modulations-

Untersucht man ein Objekt nach der Erfindung io funktion zu messen.

mit verschiedenen Empfindlichkeiten, so ergibt sich Alle diese bekannten Anordnungen geben keinen

bei einer jeweiligen Feststellung der Stellen des Hinweis auf die Erfindung.

Übergangs von der groben Granulation zur homogen Endlich ist es noch bekannt (Kiemle—Röss,

leuchtenden Fläche die Möglichkeit, ein Bild der »Einführung in die Technik der Holographie«, 1969. Amplitudenverteilung des schwingenden Körpers zu 15 S. 17 bis 24 und 238 bis 248), bei Durchlicht-Holobekommen. Ein Maßstab kann beispielsweise durch graphie ruhender Objekte das Objekt mittels durch einfache Eichung des Gerätes zur Durchführung des einen Diffusor gestreuten kohärenten Lichtes zu beerfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden. leuchten.

Durch eine geeignete Wahl der Empfindlichkeit ist Diese bekannte Anuidnung gibt unmittelbar keine

es auch möglich, zwei verschied :n starke Bewegun- 20 Möglichkeit, schwingende Objekte zu untersuchen, gen des Objektes voneinander zu trennen. Wenn z. B. da bekanntlich Objektbewegungen in der Holograein heftig oszillierendes Maschinenteil an einen leicht phie erhebliche Unscharfen bei eier Rekonstruktion schwankenden Aufbau untersucht werden soll, wird bewirken.

die Empfindlichkeit gerade so groß gewählt, daß die Besondere Vorteile und Ausgestaltungsmerkmale

Granulation durch die Schwankungen noch nicht 25 der Erfindung werden nachstehend an Hand von zum Verschwinden gebracht wird, so daß sich die Zeichnungen und Ausführungsbeispielen erläutert, überlagerte Oszillation durch die feinere Granulie- Hierbei zeigt
rung deutlich abhebt. Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung Meßverfahrens nach der Erfindung und
des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, das 30 F i g. 2 das Bild einer nach der Erfindung beleuch-Streulicht durch die Beleuchtung einer Mattscheibe teten schwingenden Kreisplatte,
mit einem durch eine Linse aufgefächerten Laser- In F i g. 1 wird das einen Laser 1 verlassende

Lichtbündel zu erzeugen. Das zu untersuchende Ob- Lichtbündel 2 einer Sammellinse 3 zugeführt, so daß jekt wird dann in das die Mattscheibe durchtretende sich auf der außerhalb der Brennweite der Linse 3 Licht gebracht. 35 angeordneten Mattscheibe 4 eine Leuchtfläche 5 er-

Zur Veränderung der Empfindlichkeit kann bei gibt, welche das Streulicht zur Beleuchtung einer beider vorgenannten Anordnung zwecks Änderung des spielsweise an zwei Seiten eingespannten, im AbDurchmessers der leuchtenden Fläche auf der Matt- stand α von der Mattscheibe angeordneten, durch scheibe entweder die Linse durch eine Linse mit an- einen Schwinger? in Schwingungen versetzten derer Brennweite ersetzt werden oder der Abstand 40 Platte 6 dient. Statt der Sammellinse kann natürlich Linse—Mattscheibe geändert werden. Auch eine An- auch eine Zerstreuungslinse verwendet werden,
derbarkeit des Abstandes Mattscheibe — zu untersu- Die schwingende Platte 6 kann jetzt visuell be-

chendes Objekt bewirkt eine Änderung der Empfind- trachtet oder auch photographiert werden. Es ergibt lichkeit. sich dann an Stellen der Ruhe, also den Orten der

Es wurde bereits vorgeschlagen (deutsche Offenle- 45 Knotenlinien, ein grob granuliertes Bild, während an gungsschrift 1 548 284), bei der Prüfung von Gegen- den Stellen, wo sich die Elemente der Platte in Beweständen auf etwaige Veränderungen von dem zu prü- gung befinden, die Granulierung verschwindet und fenden Gegenstand ein Hologramm zu erzeugen und die Platte praktisch homogen oder jedenfalls sehr oann bei der Hologramm-Rekonstruktion den etwa viel feinkörniger erscheint.

veränderten Gegenstand an die Stelle des virtuellen 50 Das Bild einer kreisförmigen, zu Eigenschwingunrekonstruierten Bildes zu bringen. Die bei einer et- gen angeregten Metallplatte ist in F i g. 2 skizziert. Es waigen Veränderung des Gegenstandes sich ergeben- erinnert unmittelbar an die bekannten Chladnischen den Interferenzmuster werden beobachtet. Es sollen Klangfiguren. Die Flächenelemente 9 erscheinen auch Schwingungen untersucht werden. Der Prüfling feinkörnig bis homogen und bezeichnen damit Orte wird mit über eine Mattscheibe diffus gemachtem 55 der Bewegung. Die Flächenelemente S erscheinen Licht beleuchtet. demgegenüber grob granuliert und bezeichnen Orte

Davon unterscheidet sich die Erfindung unter an- der Ruhe, speziell also der Knotenlinien. Die Linien derem dadurch, daß der mit diffusem Licht beleuch- 10 geben die Orte des Übergangs von grober Granutete Prüfling unmittelbar betrachtet, d.h. geome- lierung zu den homogen erscheinenden Flächsneletrisch-optisch mit dem Auge oder der Fotokamera 60 menten an und verschieben sich bei unverändertem abgebildet wird. Schwin^ungszustand des Objektes nach außen, wenn

Es ibt auch bekannt (USA.-Patentschrift die Empfindlichkeit der Anordnung vermindert wird, 3 482 436), bei einer Dopplersonde die Doppler- und umgekehrt. Sie sind, wie erwähnt, eindeutige verschiebung der Frequenz des an einem schwin- Funktionen der Bewegungsamplitude,
genden Prüfling reflektierten Laserlichtes durch ko- 65 Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen härentes Mischen zu messen. sich die Knoienlinien auf den betrachteten Objekten

Ferner ist es bekannt (USA.-Patentschrift unmittelbar nachzeichnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche· ^'es w'rc^ erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß

1. Verfahren zur Untersuchung eines schwin- das kohärente Licht an einem diffus streuenden Kör-

genden Objektes unter Verwendung von kohä- per gestreut und das zu untersuchende Objekt mit

rentem Licht, wobei das zu untersuchende Objekt 5 dem Streulicht beleuchtet wird.

unmittelbar durch ein geometrisch-optisches Lin- Hierbei wird vorzugsweise monochromatisches

sensystem abgebildet wird, dadurch ge- Licht verwendet.

kennzeichnet, daß das kohärente Licht an Es ist bekannt (z. B. J. Opt. Soc. Am., 55, 1965,

einem diffus streuenden Körper gestreut und das 247), daß auch streng homogen ausgeleuchtete Ge-

zu untersuchende Objekt mit dem Streulicht be- ίο genstände bei einer Beleuchtung mit dem kohärenten

leuchtet wird. Licht eines Lasers stark granuliert bzw. fleckig er-

2. Verfahren nach Anspruch!, dadurch ge- scheinen. Eine Erklärung für diese Erscheinung wird

kennzeichnet, daß das Verhältnis der Größe der darin gesehen, daß das kohärente Licht bei seiner

das Streulicht für die Beleuchtung des zu untersu- Streuung an den einzelnen Elementen des beleuchte-

chenden Objektes liefernden leuchtenden Fläche 15 ten Gegenstandes statistische Phasenverschiebungen

des streuenden Körpers zum Abstand des Objek- erleidet, was bei der Abbüdung durch ein optisches

tes von der leuchtenden Fläche verändert wird. System Anlaß zu einer unregelmäßigen Intensitäts-

3. Anordnung zur Durchführung des Verfah- verteilung des Lichtes gibt. Die visuell oder auch rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, photographisch beobachtbaren Flecken sind auch als daß als streuender Körper eine Mattscheibe (4) 20 »Speckies« bekannt. Ihre Größe hängt von der Aperverwendet wird, welche durch einen Laser (1) tür des abbildenden optischen Systems ab.

und eine im Lichtstrahl (2) desselben angeord- Wird in den beleuchtenden Laser-Strahl nun jenete Linse (3) auf einer definierten Fläche (5) be- doch ein streuender Körper, also ein Diffusor, beileuchtet wird, und das zu untersuchende Objekt spielsweise eine Mattscheibe gebracht, so erscheint (6) dem Streulicht von der auf der Mattscheibe 25 dahinter ein feines Speckles-Muster, ohne daß ein ab-(4) entstehenden leuchtenden Fläche (5) ausge- bildendes optisches System nötig ist. Eine Erklärung setzt ist. hierfür kann man darin sehen, daß nunmehr bereits

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- die Mattscheibe eine statistische Phasenverteilung kennzeichnet, daß der Durchmesser der leuchten- des durchtretenden Lichtes bewirkt und damit zu den Fläche (5) auf der N'jttscheibe (4) veränder- 30 (örtlichen) räumlichen Intensitätsschwankungen bar ist. führt.