DE2107101C3 - Verfahren zum Aufspüren von Gefügeanomalien in einem Werkstück durch holografische Interferometrie - Google Patents

Description

kennzeichnet, daß zur Veränderung der Lage der gleichförmige Staffelung Υ™}^"

kohärenten Lichtquelle gegenüber dem Werk- der interferometnschen Rekonstruktion,

stück ein zwischen der Lichtquelle und dem Holografische Irterterometne ist -'"

Werkstück angeordneter Spiegel bewegt wird. wendet worden, um ?^e[^storun8^sf™ ^ein*

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 Formen von Werkstucken zu prüfen ,«tan

kennzeichnet, daß zur Veränderung der Lage der gcndeiner Weise zwischen den ™P™™"°" £

kohärenten Lichtquelle gegenüber dem Werk- clen Wellenfronten belastet werden und dann^n dm

stück eine Lochblende in einer zwischen der Verformungsmuster Anomalien festgestellt werden,

Lichtquelle und dem Werkstück angeordneten wobei das Verformungsmuster durch die interf το

Linse bewegt wird 45 metrische Analyse aufgedeckt wird. Beispielsweise

Linse bewegt wird. ^^ ^ _Ab,_{ösungen zwischen der} Karkasse und

den Besohlungen eines Reifens dadurch feststellen,

daß der Reifen aufgepumpt wird und eine lnterfero-

Bei bekannten Verfahren zum Aufspüren von Ge- ,r.etrische Analyse der Oberfläche ^d^ «^e«^ens ?» fügeanomalien in einem Werkstück durch holografi- 50 zwa Zeitpunkten kurz nach dem Aufpumpen du xh sehe Interferometrie durch Vergleich der Oberflä- gefüh.t wird. Nach dem Aufpumpen verformt sich chen der zu untersuchenden Werkstücke vor und der Reifen emc Zeit lang^aIs Folge des Knechens^des nach Belastung erfolgen die Untersuchungen durch Gummis, und Teile der Oberfläche dieuber I renn Aufzeichnung und Rekonstruktion von Lichtwellcn- stellen liegen, kriechen ^d*^bfV™ST_P hoWri fronten, indem fotografisch das Interferenzmuster 55 als der Rest des Reifens Folglich zeigt eine holograaufgezeichnet wird, das sich ergibt, wenn man kohä- fische Interferometrieanalyse, die1 zu; ^" «^""J; rentes Licht, das von dem Objekt reflektiert wird, ten nach dem Aufpumpen durchge.uhrt wird, solche mit kohärentem Licht der gleichen Beleuchtungs- Trennstellen auf. Vorfahren mm quelle zusammensetzt. Nach der Entwicklung wird Die Erfindung betrifft also ein Ve fahren zum das entstehende »Hologramm« dazu verwendet, die 60 Aufspüren von Gefugeanomahen in einemι Wertursprünglich reflektierte Lichtwellenfront zu rekon- stück durch holografische Interferometrie bei dem struieren, indem das Hologramm mit einer entsprc- das zu uniersuchende Werk«™k in e,ne bert mrnte chenden Beleuchtungsquelle ausgeleuchtet wird, nor- relative Lage zu einer ^«"^.^"JÄ malerweise einer solchen, die kohärentes Licht lie- quelle zu einem ersten Zeitpunkt gebracht wird, bei fert. Die Entwicklung des Lasers als Quelle hochgra- 6₅ dem ein erstes Interferenzmuster zwischen von dem dig kohärenten Lichtes hat die Entwicklung der Ho- zu untersuchenden Werkstück !""^J* ^JJJ" lografie in den letzten Jahren stark vorangetrieben. lenfronten und den Lichtwellenfronten eines Bezugs-XloLafle-Interferometrie« ist eine Methode, bei lichtstrahles auf einer fotografischen Platte aufge-

jcitin"- ^wird ^unc* '^etztere entwickelt und fixiert wird, bei dem anschließend das gesamte Werkstück durch Bettung verformt wird und d.iis hergestellte j(_O|ogra:iiir. in die gleiche Lage, die es zuvor durch die fotof K.fische Platte gegenüber der Beleuditungsquelle eingenommen hatte, zu einem zweiten Zeit-• ' der Belastung gebracht wird, und be

r.iv-h

dem das interferenastreifenbild, welches bei Bestrah-Jung du'.:h dieselbe kohärente Boleuchiuiigstjuellc durch iHici lagerung der von dem Hologramm rekonstruierten Wellenfronten und den von dem Werkstück konimenden Wellenfronten entsteht, untersucht wird.

Augehend von dem vorerwähnten Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufspüren von Gefügeanomalien in einer,ι Werkstück durch holografische Interferometrie ■ -.ch dem Realzeitprinzip dahingehend zu ver besser·. Jaß unabhängig von der erforderlichen Belastun; ^formung des gesamten Werkstuckes jede lokale ' iefügeanomalie einwandfrei zu erkennen ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgeioäß dadurch gelöst, d '¹S die Lage der kohärenten Lichtquelle, wäh-

löst. ..! S die Lage der kohärenten Lichtquelle, wäh rend ■·-e das Werkstück zum zweiten Zeitpunkt anstraiiH relativ zu ihrer Lage gegenüber d^ni Werk- »5 stück /um ersten Zeitpunkt so geändert wird, daß der räum liehe Abstand der Interferenzstreifen in einem Bildtcil. welches zu einem jeweils auf Gefügeanomalien /u untersuchenden Teil des Werkstücks gehurt, vergrößert wird.

Die Interferenzstreifen, die in der holografischen Real/eit-Interferometricanalyse auftreten, stellen Neigungen des Objektes relativ zur Achse der Sichtprüfung dar, die zur Wellenlänge des kohärenten Lichtes in Beziehung stehen, mit dem in der Analyse gearbeitet wird. Wenn ein Teil der Oberfläche einen Weg durchläuft, der im Vergleich zu dieser Wcllenlänr.; groß ist, erscheinen die entstehenden geneigten Bereiche mit einer hohen Liniendichte, weshalb es so schwierig ist, Anomalien des Bewegungsmusters auf- +0 zuspüren. Die Erfindung schafft sin Verfahren der holografischen interferometrischen Realzeitanalyse, bei dem ein Ausgleich für eine Grobverformung des Obiektes in der Weise erfolgte, daß man hohe Liniendichten erhält, wodurch die Feststellung und *5 Analyse von Anomalien in diesen grobverfurmten Bereichen ermöglicht werden.

Wenn man annimmt, daß ein Teil der Oberfläche eines zu untersuchenden Werkstückes seinen Winkel zur Achse der Sichtprüfung erheblich zwischen der Aufnahme des ursprünglichen Hologramms und der späteren Realzeitbetrachtung ändert, wird die Dichte der Interferenzstreifen, die man bei der Rcalzeitbetrachtung auf diesem Teil der Oberfläche erkennt, so hoch sein, daß sie die Möglichkeit einer quantitativen Aussage der Verzerrung in diesem Bereich ausschließt. Durch die Erfindung wird das Verfahren so weitergebildet, daß es die Analyse einer solchen Verzerrung in jedem Falle gestattet.

Vorzugsweise wird weiter vorgeschlagen, daß zur Veränderung der Lage der kohärenten Lichtquelle gegenüber dem Werkstück ein zwischen der Lichtquelle und dem Werkstück angeordneter Spiegel bewegt wird. Dadurch wird der Einfallswinkel des Lichtes auf das Objekt geändert.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß zur Veränderung der Lage jler kohärenten Lichtquelle gegenüber dem Werkstück eine Lochblende in einer zwischen der Lichtquelle und dem Werkstück angeordneten Linse bewegt wird. Dadurch kann eine Korrektur des Radius der Wellenfronten erreicht werden.

Sehr kleine Kompensationen für Grobverformungen lassen sich dadurch vornehmen, daß die Lage des Hologramms gegenüber dem Rekonstruktions- !'irahl modifiert wird, beispielsweise durch Verstellen entweder des Hologramms oder des Rekonstruktionsstrahis. Eine solche Bewegung führt jedoch zu einer Verformung der rekonstruierten Wellenfronten, wobei das Maß der Verformung proportional zur Differenz in der Lage zwischen dem Hologramm und der Rekonstruktion gegenüber der fotografischen Platte und dem Bezugsstrahl ist, mit dem zum Bilden des Hologramms gearbeitet wird.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. I?i den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Schaubild einer holografischen interferometrischen Prüf appare* .;r,

F i g. 2 eine Draufsicht aui den in F i g. 1 gezeigten Prüfling, wobei im vergrößerten Maßstab die Grobverformung gezeigt ist, die auf GrunJ des Erhitzens des Prüflings auftritt,

F i g. 3 eine Darstellung der Randmusterlinien, die am in F i g. 1 gezeigten Prüfling auftreten, ohne daß eine Kompensation durch das erfindungsgemäße Verfahren vorgenommen wird,

F i g. 4 eine Darstellung eier Randmuster, die bei dem in Fig. 1 gezeigten Muster auftreten, wenn ein Ausgleich geschaffen wird, um die räumliche Frequenz der Interferenzrandmuster an der linken Seite des Prüflings zu verringern, was zum Aufdecken einer anomalen Verformung führt, und

F i g. 5 eine Darstellung der Randmuster, die an dem in Fig. 1 gezeigten Prüfung erscheinen, wenn Kompensationen vorgenommen werden, um die räumliche Frequenz der Randmuster an der rechten Seite des Prüflings zu verringern.

In F i g. 1 ist eine holografische interferometrische Prüfapparatur dargestellt, die so angeordnet ist, daß sie einen Teil eines Metall-Wabengefüges 30 prüft, das aus zwei Metallhäuten 32 besteht, zwischen denen ein mittlerer Kern 34 sitzt, der aus gewellten Teilen gebildet ist, aie si^h senkrecht zwischen den Häuten erstrecken. Die Ränder des Kerns sind mit den Häuten verbunden, um ein einsiü^kiges Gefüge zu bilden. Der rechteckige Kernteil 30 ist auf einer Prüfbank 36 angeordnet, auf der auch die optischen Elemente sitzen. Er sitzt zwischen zwei endseitigen Halteplatten 38, die die vertikalen Ränder dieses Prüflings festhalten.

Um c\n Initialhologramm der Oberfläche des Hautteils 32 herzustellen, der de? optischen Apparatur gegenübersitzt, wird eine fotografische Platte in einen Plattenhalter 40 eingesetzt, und der Laser wird eingeschaltet, um das Muster der interferenz zwischen einem Objektstrahl, der von dem Hautteil reflektiert wird, und einem Bezugsstrahl vom Spiegel 26 zu fotografieren utid aufzuzeichnen. Nach der Entwicklung der Platte wird das entstehende Hologramm in den Halter 40 wieder eingesetzt, und der Laser 12 wird erneut eingeschaltet. Während dieses Rekonstruktionsvorgangs kann es erforderlich sein, den Strahl vom Spiegel 20, der das Objekt anstrahlt, gegenüber dem Strahl vom Spiegel 26 zu dämpfen, der die ursprünglichen Wellenfronten von dem Hologramm rekonstruiert, um ein optimales Interferenz-

muster zwischen den Realzeit-Wellenfionten und Funktion der Neigung des Prüflings gegenüber seiner

den rekonstruierten Wellenfronten zu erhalten. Ruhestellung ist. Diese Neigung hat ein Minimum in

Wenn angenommen wird, daß das Hologramm in der Mitte und an den festgehaltenen Rändern, nimmt

den Plattenhalter 40 genau in die Lage: zurüc'.cgc- aber hohe Werte zwischen den beiden Punkten ein,

bracht worden ist, die die fotografische Platte 22 zu- 5 was zu Interferenzmustern hoher Frequenz führt,

vor eingenommen hat und dsiß die geometrischen Dadurch wird es extrem schwierig, eine Anomalie in

Verhältnisse unter Einschluß der Lage und des Pro- dem Verformungsmuster aufzuspüren, das in einem

fils des Prüflings 30 ansonsten genau beibehalten Bereich hoher Interferenzstreifendichte auftritt,

worden sind, sieht ein Betrachter, der durch dan Ho- Um den Prüfling 30 auf Vcrformungsanomalien in

logramm von der unteren rechten Seite der 21eich- io einem der Bereiche zu analysieren, die eine hohe

nung blickt, ein einziges Bild der Oberfläche des räumliche Interferenzstreifenfrequenz wegen der Bic-

Prüflings 30 ohne irgendwelche Konturlinien darauf. gung haben, wird der Spiegel 20 um einen kleinen

Dies geschieht wegen der genauen Aufeinandurlage Winkel gedreht, um damit den Winkel der Rcal-

der rekonstruierten Wellenfront, die vom HoIo- zeit-Wellenfront gegenüber der rekonstruierten WeI-

gramm gebildet wird, und den Realzeit-Wellenfroti- 15 lenfront zu verlagern. Der Winkel, um den er verla-

ten, die durch Reflexion vom Prüfling gebildet sind. gert wird, hängt von dem Biegewinkel und dem Ab-

Irgendeine Abweichung in der Oberfläch« des schnitt ab, der beobachtet werden soll. F i g. 4 zeigt

Prüflings 30 aus seinem früherem Profil oder aus sei- das Abbild 30"' des Objektes, wie man es durch das

ner früheren Lage führt jedoch zu einer Interferenz Hologramm sieht, nachdem der Spiegel 20 um einen

zwischen den rekonstruierten 'Wellenfronten und den ao ausreichenden Winkel gedreht worden ist, um das

Realzeit-Wellenfronten, und diese Interferenz führt dichte Bündel von Interferenzlinien auseinanderzu-

zu Randlinienmustern, die an den Bildern erschei- ziehen, die links im Abbild in Fig.3 erscheinen. Das

nen, wie sie durch das Hologramm gesehen werden. entstehende: Linienmuster 48 hat eine relativ geringe

Diese Prüfapparatur bielet damit ein Verfahren zum Dichte in dem linken Bereich, in dem zuvor ein»;

Feststellen von Verformungen in Prüflingen zwi- as hohe Dkhte vorlag. Diese Drehung erhöht die Li-

schen zwei Zeitpunkten. niendichte, die rechts im Abbild auftrat. Wie zu se -

Um die Bindung zwischen einer der Häute 32 des hen ist, befindet sich eine Anomalie 50 in dem Li-Prüflings 30 und dem angrenzenden Kernteil zu prü- nienmuster im linken Abschnitt. Diese Anomalie isl fen, wird die Haut 32 erhitzt, beispielsweise durch in einer Art, die Beweis für einen Bindungsfehlcr eine Infrarotlampe 42, nachdem das erste HoIo- 30 zwischen der Haut und dem Kern ist, und sie ist in gramm gebildet worden ist. Die dieser Methode zu- dem Abbild in Fig.3 nicht zu sehen, und zwar wegrunde liegende Theorie besteht darin, daß die zwi- gen der hohen Liniendichte in dem Abschnitt, in dem sehen der Haut und dem Kern auftretenden Span- die Anomalie liegt.

nungen wegen der thermischen Ausdehnung der Um einen Abschnitt des Prüflings zu prüfen, dor Haut als Folge der Erhitzung die Bindung zwischen 35 rechts im Bild liegt, wird der Spiegel 20 zurück in der Haut und dem Kern belasten. Wenn die Bindung seine Ausgangsstellung und dann weiter in entgegengleichförmig ist, ist die entstehende Verformung der gesetzte Richtung um einen Winkel gedreht, der dem Haut gleichförmig, irgendwelche Anomalien in der entspricht, mit dem gearbeitet worden ist, um das in Bindung, beispielsweise ein gelöster Bereich, ermög- Fig. 3 gezeigte Bild zu erhalten. Damit verringert liehen jedoch Bewegungen in der danebensitzenden 40 sich die Liniendichte rechts im Abbild 30"", und sie Haut, die die Bewegungen überschreiten, die in den erhöht sich entsprechend an der linken Seite. GemliJ Bereichen einwandfreier Bindung ermöglicht sind. der Darstellung in Fig.5 sind in den entstehende·!¹ Die holografische interferometrische Prüfung dient Interferenzlmien 50 keine Anomalien auf der rechten zur Aufspürung solcher anomalen Bewegungen und Seite zu sehen, was anzeigt, daß in diesem Bereich damit zur Aufspürung irgendwelcher Defekte in der 45 eine zufriedenstellende Bindung vorhanden ist.
Bindung. Durch entsprechende Modifikationen des Beleuch-

In der Ausführung dieses Prüfverfahrens entsteht tungsstrahls können sukzessive Bereiche eines Werk-

jedoch eine Schwierigkeit als Folge von Gesamtver- Stücks für eine Grobverformung normalisiert werden.

formungen des Prüflings, die auf Anomalien nicht so daß sie auf Verformungsanomalien geprüft wer-

bezogen sind. Die Gesamtverfonnung, die in dem be- 50 den können.

vorzugten Ausführungsbeispiel auftritt, ist in F i g. 2 Als eine Alternative zum Verfahren des Rotierend

dargestellt. (Selbst diese Verformung ist idealisiert, des Beleuchtungsstrahls ist es möglich, obgleich im

um das Randmuster zu vereinfachen, indem ange- allgemeinen sehr unpraktisch, den Prüfling selbst zu

nommen wird, daß keine Verformung in der vertika- drehen, um eine Korrektur für die Grobverformung

len Ebene auftritt.) Das Erhitzen einer Fläche des 55 zu schaffen.

Prüflings führt zu einer Ausdehnung dieser Fläche Eine Korrektur geringerer Größenordnung in In- und einer Gesamtbiegung des Prüflings in der Rieh- terferenzlinien als Folge einer Grobverformung kann tung der Wärmequelle. Das ist in übertriebener dadurch vorgenommen werden, daß die scheinbare Weise in F i g. 2 durch die gestrichelten Linien 30' Quelle des Beleuchtungsstrahls geändert wird, beidargestellt, die die gebogene Lage des Prüflings als 60 spielsweise durch Querversetzen des Raumfilters 18 Folge der Erhitzung zeigen. in Längsrichtung des Weges des Strahles zwischen

In F i g. 3 ist das Abbild 30" des Prüflings gezeigt, den Spiegeln 16 und 20. Das gilt für Verformungen,

wie es erscheinen könnte, wenn man durch das HoIo- die senkrecht zum Hologramm liegen. Beispielsweise

gramm während der interferometrischen Realzeitana- könnten die Linien, die in der Mitte des Bildes 30"

lyse schaut. Wenn angenommen wird, daß die Grob- 63 in F i g. 3 erscheinen, durch eine Querversetzung des

verformung wegen des Biegens gleichförmig ist, er- Raumfilters 18 um das gleiche Maß eliminiert wer-

scheint ein vertikal orientiertes Randmuster 46 im den, um das die Mitte des Prüflings 30 als eine Folge

Abbild 30". Das Muster 46 hat eine Dichte, die eiae des Biegens bewegt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

2 107 ΙΟΙ ! 2 der mit einem Wellenfrontsystem gearbeitet wird, das Patentansprüche: j£ "etm Soiogramm ^SJ^l^oS:

1. Verfahren zum Aufspüren von Gefügeano- mule Verformungen »^ggXawSTwliicSe mallen in einem Werkstück durch holografische tes festzusteIlen^ Bei ^d« »^R«uz ι ^^

Interferometrie, bei dem das zu untersuchende 5 r^^J^^SÄblr etae Wellenfront ge-Werkstück in eine bestimmte relative Lage zu f^rete" ^ZeitP^u™' qS^ einem zweiten Zeitpunkt einer kohärenten Beleuchtungsquelle zu einem legt,.Je von de*ι Objekt ^{zu e}^_bj_{ekt mlt U}cht angeersten Zeitpunkt gebracht wird, bei dem ein er- ^¹" J"_dt^Tm In der Rekonstruktion verstes Interferenzmuster zwischen von dem zu un- strahlt wira, aas "·"■ _{{ d ho}i_ografischen

!ersuchenden Werkstück kommenden Lichtwel- io wendeten Licht koharen | |£ ^l£ ._rf §_{en wd}.

lenfronten und den Lichtwellenfronten eines Be- »DoPP·⁵¹"⁸⁶'¹⁰¹¹¹""^"¹!?_z °_eT verschiedenen Zei zugslichtstrahles auf einer fotografischen Platte ^™¹™*™™^^ ,fotografischen Platte aufaufgezeichnet wird und letztere entwickelt und ft- tea beide auf der 8l«™"^g _überei„anxiert wird, bei dem anschließend das gesamte ge^chnet so daß s,^gteichze'fS ^ _dfin Werkstück durch Belastung verformt wird und 15 der gelegte η Art [^J^^_{n minima}le Verdas hergestellte Hologramm in die gleiche Lage, tonnen. Bei .^beidi" ^.^"ρΧ _von Bewegungen die es zuvor durch die fotografische Platte gegen- formungen des Ogtö^:>ige fa fa über der Beleuchtungsquelle eingenommen hatte, zwischen den Ze. ^ψ zu einem zweilcn Zeitpunkt nach der Belastung Wellenfronten in der F° !_de gebracht wird und bei dem das Interferenzslrei- ao aufgedeckt, die auf der ubereinai,™ fenbild. welches bei Bestrahlung durch dieselbe konstruktion siclubar smd^ D^ese ^ kohärente Beleuchtungsquelle durch Überlage- sind im «"Ρ™"« eg« ab JKeT ffi den rung der von dem Hologramm rekonstruierten lagerung der Oberflache des' «£]«ι» _hintercin, Wellenfronten und den von dem Werkstück korn- beiden in B^et;^acht *¹""_Β^S normal menden Wellenfronten entsteht, untersucht wird, ,5 ander angeordnet. Wenn das gesailg ^Ο°2 ^norn^ d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Lage zur Blickl.n.e des Be'-rachters g der kohärenten Lichtquelle, während sie das die Rekonstruktion durch das Hol Werkstück zum zweiten Zeitpunkt anstrahlt, rela- tet, wird praktisch keine ^^a S tiv zu ihrer La_re gegenüber dem Werkstück zum streifen festgestellt absolut ^f™ ersten Zeitpunkt so geändert wird, daß der räum- 3= wird dann festgestellt, wenn e W liehe Abstand der Interferenz*reifen in einem anstatt krummlinig sind), obglei^ch

si a* si? S¹SW^