RU1772617C - Голографический интерферометр дл контрол формы внутренней поверхности отверстий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике дл  измерени  формоизменений поверхности отверстий и соответствие ее эталону. Цель - повышение точности измерений и производительности контрол . Устройство работает по методу двух экспозиций. Коллимированный пучок направл етс  через регистрирующую среду , закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, на отражающий конус, закрепленный соосно внутри исследуемого отверсти . На внешней отражающей поверхности конуса нанесен растр. Отразившись от конуса, свет дифрагирует на исследуемой поверхности и, возвраща сь на регистрирующую среду, интерферирует с падающим излучением. Регистрируетс  голограмма по схеме Денисюка. Втора  экспозици  регистрирует состо ние поверхности отверсти  после воздействи  на нее. Формоизменение наблюдают по восстановленной интерференционной картине. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, в частности к оптическим устройствам измерений, и может быть использовано дл  измерени  формоизменений поверхности отверстий, а также дл  контрол  соответстви  исследуемого отверсти  эталону.

Известен интерферометр дл  сравнени  цилиндрических отверстий 1, содержащий первый объектив, формирующий два сход щихс  пучка, один из которых объективный , другой - предметный, второй объек- тив, формирующий изображение исследуемой внутренней поверхности объекта путем сведени  опорного и объектного пучков на регистрирующей среде, расположенной в плоскости резкого изображени .

Исследуемый объект находитс  между двум  объективами, так что излучение, формируемое первым объективом, проходит через исследуемое отверстие объекта. В качестве регистрирующей пластины используетс  го- лографическа  пластинка. Дл  контрол  сначала записываетс  на месте голограмма эталонного отверсти , котора  затем служит индикатором при сравнении контролируемых отверстий с эталоном по интерференционным полосам, Чем больше интерференционных полос, тем больше отличаетс  контролируемое цилиндрическое отверстие от эталона.

Измерени  и контроль отверстий в таком интерферометре трудоемки и не точны, т.к. требуетс  точное совмещение тождестVI VI М О

0-гЭ

VI

венных точек эталона и предмета в пространстве , а это представл ет самосто тельную и довольно сложную задачу, решаемую на сегодн шний день только в некоторых частных случа х. Схема интерфе- рометра со скольз щим освещением внутренней поверхности приводит к тому, что увеличиваетс  плотность записи на узкой кольцевой полоске голограммы, при решении обратной задачи, св занной с количест- венной расшифровкой интерферограммы, малые погрешности в исходной информации дают большие отклонени  в определ емых параметрах исследуемой поверхности, что существенно увеличивает погрешность измерени .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству  вл етс  голографический интерферометр 2, содержащий источник излучени  - лазер, микро- объектив дл  расширени  пучка, коническ/ю линзу дл  формировани  предметного пучка, голограмму дл  формировани  регистрации отклонений внутренней цилиндрической поверхности от эталонной.

Недостатком данного устройства  вл етс  то, что опорный пучок проходит через все отверсти  соосно с исследуемой цилиндрической поверхностью и при значительных отклонени х формы отверсти  перекрываютс . Указанное устройство регистрирует информацию о боковой поверхности исследуемого цилиндрического отверсти  в скольз щих лучах, а это равносильно тому, что исследуетс  только макро- структура поверхности, а информаци  о микроструктуре тер етс .

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  повышение точности измерений и снижение их трудоемкости.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известный голографический интерферометр дл  контрол  формы внутренней поверхности отверстий, содержащий последовательно установленные источник излучени , микрообъектив, коллимирую- щий объектив и регистрирующую среду, снабжен конусом, предназначенным дл  установки внутри контролируемого отверсти  и выполненным с внешней отражающей по- верхностью, на которую нанесен растр, регистрирующа  среда расположена по ходу излучени  за коллимирующим объективом в плоскости, перпендикул рной оси интерферометра , и взаимосв зана с вершиной кону- са, ориентированного так, что его ось совпадает с осью интерферометра.

На чертеже представлена схема реализации топографического интерферометра.

А

Голографический интерферометр содержит последовательно расположенные источник излучени  1 (например лазер ЛГ- 30), микрообъектив 2 (в устройстве использовались 20- и 40-кратные микрообъективы биологических микроскопов), объектив коллиматора 3 (диаметр объектива выбираетс  в зависимости от исследуемого отверсти ), отражающий конус 4, регистрирующую среду 5 (в устройстве использовались пластинки ПЭ-2), исследуемое отверстие 6.

Между углом отражающего конуса 2/ и параметрами нанесенного на него растра существует св зь. В соответствии с основным уравнением дифракции

(sln V+sIn p) NA , где / 90 - / угол падени  излучени  на поверхность растра,

(р- (3 - угол отражени  излучени ,

А-длина волны излучени ,

I - период решетки,

N - пор док дифракции (см. И.М.Нагибин Интерференци  и дифракци  света. г.Ленинград, Машиностроение, 1974, с.325), т.е.

1 /2 cos С45° -/3) N1

где А - число штрихов решетки на единицу длины вдоль образующей отражающего конуса .

Устройство работает по методу двух экспозиций. Во врем  первой экспозиции коллимированный пучок направл етс  через регистрирующую среду 5, закрепленную на поверхности, окружающей отверстие, например с помощью резины, холодной полимеризации CKIH. Луч 1 (см. фиг. )отколлимирующегообьектива 3 падает под углом ip 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 рассе ни  найдетс  ему подобный луч 11 и из-за обратимости хода лучей в дифракционной решетке он преобразуетс  в луч 1 Пучок падает на регистрирующую среду 5 с обратной стороны и интерферирует с падающим излучением , регистрируетс  голограмма по схеме Денисюка. На фотопластинке 5 во врем  первой экспозиции регистрируетс  голограмма начального состо ни  боковой поверхности исследуемого отверсти . После воздействи  на объект, а это может быть либо обработка отверсти , либо сжатие-раст жение , таким же образом регистрируетс  конечное состо ние боковой поверхности второй экспозицией. При восстановлении голограммы по интерференционной картине наблюдаетс  формоизменение боковой поверхности отверсти .

Дл  Контрол  изготавливаемых отверстий и сравнени  их с эталоном используетс  метод трехопорного контакта, совмещающего световые волны, зарегистрированные во врем  первой экспозиции от эталонной поверхности, со световыми волнами , отраженными от исследуемой поверхности .

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

В предлагаемом устройстве угол наблюдени  составл ет 90°, что позвол ет определ ть перемещени  W, нормальные к боковой поверхности цилиндрического отверсти , по предложенной схеме с высокой точности, так как дл  определени  W необходимо решать только одно уравнение. Погрешность 5 л сведена к минимуму. В этом случае: d W v д 5, v д 1, д . Следовательно , погрешность определени  компонент перемещени  будет определ тьс  в основном погрешностью определени  пор дка интерференционных полос, что существенно снижает погрешность измерени  и повышает точность контрол  (см. Гологра- фические измерительные системы, СборVS .

0

ник научных трудов, вып.2. под ред. А.Г.Ко- зачка, г.Новосибирск, с.34-39). В предлагаемом устройстве глубина исследуемого отверсти  может значительно превосходить диаметр отверсти  за счет уменьшени  угла отражающего конуса. Т.О. снижаетс  ограничение соотношени  диаметра и глубины отверсти , что позвол ет расширить область применени  такого устройства,

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Топографический интерферометр дл  контрол  формы внутренней поверхности

   отверстий, содержащий последовательно установленные источник излучени , микрообъектив , коллимирующий объектив и регистрирующую среду, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и

   производительности контрол , он снабжен корпусом, предназначенным дл  установки внутри контролируемого отверсти  и выполненным с внешней отражающей поверхностью , на которую нанесен растр,

   регистрирующа  среда расположена по ходу излучени  за коллимирующим объективом в плоскости, перпендикул рной оси интерферометра, и взаимосв зана с вершиной конуса, ориентированного так, что его

   ось совпадает с осью интерферометра.