RU2559797C1 - Method of dilatometry - Google Patents

Method of dilatometry Download PDF

Info

Publication number
RU2559797C1
RU2559797C1 RU2014119158/28A RU2014119158A RU2559797C1 RU 2559797 C1 RU2559797 C1 RU 2559797C1 RU 2014119158/28 A RU2014119158/28 A RU 2014119158/28A RU 2014119158 A RU2014119158 A RU 2014119158A RU 2559797 C1 RU2559797 C1 RU 2559797C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speckle
interferogram
displacements
display
sample
Prior art date
Application number
RU2014119158/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роберт Вениаминович Гольдштейн
Виктор Михайлович Козинцев
Алексей Викторович Подлесных
Александр Леонидович Попов
Сергей Иванович Солодовников
Дмитрий Анатольевич Челюбеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН)
Priority to RU2014119158/28A priority Critical patent/RU2559797C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559797C1 publication Critical patent/RU2559797C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: method of dilatometry includes measurement of a speckle interferogram of a field of normal displacements with display on a PC monitor screen and determination of a displacement value on its basis. At the same time some reflecting elements of the speckle interferometer are located behind the surveyed body, illuminating and displaying the sections of its surface invisible in the front, and their recorded speckle interferograms are placed in dedicated parts of the PC monitor screen, which are not crossing with the display of the speckle interferogram of the front surface of the body. The differential speckle interferogram is calculated for displacements of surfaces respective to their initial state, and using it, they determine the change of the distance between any two points of the body surface.
EFFECT: increased information value and reliability of produced data due to provision of the possibility to simultaneously determine displacement of several sample surfaces.
4 dwg

Description

Изобретение относится к области исследования физических свойств материалов, в частности определения деформаций, вызванных различными воздействиями, и может быть использовано преимущественно в дилатометрии, например, для измерения коэффициента линейного расширения.The invention relates to the field of research of the physical properties of materials, in particular the determination of deformations caused by various influences, and can be used mainly in dilatometry, for example, to measure the coefficient of linear expansion.

Известен способ измерения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) образца, закрепляемого на массивном неподвижном основании (US 3788746 [1]), с использованием метода интерферометрии. Измерение проводится путем сравнения набора полос, которые реагируют на движение образца, с набором полос, которые реагируют на движение основания. Недостатком известного способа является относительно невысокая точность измерений, высокие требования к качеству поверхностей образца и основания, выполняющих роль зеркал интерферометра.A known method of measuring the temperature coefficient of linear expansion (TEC) of a sample fixed on a massive fixed base (US 3788746 [1]) using the method of interferometry. The measurement is carried out by comparing a set of bands that respond to sample movement with a set of bands that respond to base movement. The disadvantage of this method is the relatively low accuracy of measurements, high demands on the quality of the surfaces of the sample and the base, acting as mirrors of the interferometer.

Известен интерференционный способ измерения абсолютного ТКЛР образца, при котором используется дилатометр, содержащий интерферометр типа Физо, образованный поверхностями двух отражательных элементов, помещенных вместе с образцом в печь-термостат; при этом данный дилатометр содержит держатель образца из материала с известным ТКЛР, причем нижняя отражающая поверхность интерферометра жестко связана с держателем, а верхняя имеет контакт с держателем и с образцом, установленным в держателе и опирающимся на клиновидную регулировочную пластину (RU 2089890 [2]). Точность измерения с использованием такого устройства недостаточна, поскольку измерение основано на изменении угла между отражающими поверхностями интерферометра Физо, что не обеспечивает высокой чувствительности к линейному расширению образца; кроме того, реализуемый в нем принцип интерференционных измерений основан на определении изменения периода интерференционных полос, погрешность которого существенно зависит от качества изготовления отражающих поверхностей интерферометра.There is a known interference method for measuring the absolute LTEC of a sample, which uses a dilatometer containing a Fizeau type interferometer formed by the surfaces of two reflective elements placed together with the sample in an oven-thermostat; however, this dilatometer contains a sample holder made of a material with a known TEC, with the lower reflecting surface of the interferometer rigidly connected to the holder, and the upper one in contact with the holder and with the sample installed in the holder and resting on the wedge-shaped adjustment plate (RU 2089890 [2]). The measurement accuracy using such a device is insufficient, since the measurement is based on a change in the angle between the reflecting surfaces of the Fizeau interferometer, which does not provide high sensitivity to linear expansion of the sample; in addition, the principle of interference measurements implemented in it is based on determining the change in the period of interference fringes, the error of which substantially depends on the manufacturing quality of the reflecting surfaces of the interferometer.

Известен способ определения неоднородности ТКЛР оптической заготовки, выбранный в качестве прототипа, при котором из нескольких различных участков исследуемой заготовки изготавливают образцы, каждый из которых имеет два опорных торца, помещают в термостат образец и два отражательных элемента (верхний и нижний) так, чтобы отражающие поверхности этих элементов образовали интерферометр типа Физо, контактируя с соответствующими опорными сторонами образца, освещают эти элементы параллельным пучком когерентного монохроматического излучения, изменяют температуру в термостате, регистрируют картину интерференционных полос, одновременно измеряют температуру в термостате, определяют изменение координат интерференционных полос в зависимости от изменения температуры, повторяют последовательно всю описанную измерительную процедуру для каждого из образцов и определяют характеристики неоднородности ТКЛР путем сравнения результатов измерения, полученных для отдельных образцов. (A review of measurement systems for evaluating thermal expansion homogeneity of Corning Code 7971 ULE™/Proc. SPIE Vol. 1533, 1991 pp. 199-201. [3]).A known method for determining the heterogeneity of the thermal expansion coefficient of optical billet, selected as a prototype, in which samples are made from several different sections of the studied billet, each of which has two supporting ends, a sample and two reflective elements (upper and lower) are placed in the thermostat so that the reflective surfaces of these elements formed an Fizeau type interferometer, in contact with the corresponding supporting sides of the sample, illuminate these elements with a parallel beam of coherent monochromatic radiation measurements, change the temperature in the thermostat, record the pattern of interference fringes, simultaneously measure the temperature in the thermostat, determine the change in the coordinates of the interference fringes depending on the change in temperature, repeat the entire described measurement procedure for each of the samples and determine the characteristics of the TEC inhomogeneity by comparing the measurement results obtained for individual samples. (A review of measurement systems for evaluating thermal expansion homogeneity of Corning Code 7971 ULE ™ / Proc. SPIE Vol. 1533, 1991 pp. 199-201. [3]).

Главным недостатком этого способа является недостаточно высокая точность измерения. Основными составляющими погрешности являются погрешность определения изменения длины образца (удлинения), которая тем больше, чем больше оптическая разность хода интерферирующих пучков, и погрешность измерения температуры, вклад которой в суммарную погрешность измерения пропорционален изменению разности хода интерферирующих пучков. В указанном способе разность хода интерферирующих пучков определяется длиной образца, которая должна быть достаточно велика для обеспечения необходимой чувствительности контроля.The main disadvantage of this method is the insufficiently high measurement accuracy. The main components of the error are the error in determining the change in the length of the sample (elongation), which is greater, the greater the optical difference in the course of the interfering beams, and the error in measuring the temperature, the contribution of which to the total measurement error is proportional to the change in the difference in the course of the interfering beams. In this method, the difference in the path of the interfering beams is determined by the length of the sample, which should be large enough to provide the necessary control sensitivity.

Основное ограничение, которое имеют классические дилатометры, - необходимость изготовления образцов специальной формы. Это особенно существенно в тех случаях, когда материал не поддается точной механической обработке или полировке либо технология создания материала не позволяет получить его в достаточном объеме, в частности, из-за ограничений, вносимых технологическим процессом изготовления, или если компоненты материала являются дорогостоящими. Кроме того, поскольку в некоторых типах технологий материал создается в форме изделия, возникает необходимость измерять ТКЛР непосредственно изделия, т.к. абстрактные образцы материала могут просто не существовать. Это приводит к необходимости разрабатывать методы и методики выполнения измерений, учитывающие специфику поведения таких материалов, усовершенствовать существующие и развивать измерительные возможности эталонной аппаратуры, а также расширять круг материалов и объектов за счет тех, для которых измерения ТКЛР можно будет проводить с требуемой точностью (Компан Т.А. Измерительные возможности и перспективы развития дилатометрии // Мир измерений. - 2011. - №7 - С. 14-21. [4]).The main limitation that classic dilatometers have is the need to manufacture specimens of a special shape. This is especially important in cases where the material is not amenable to precise machining or polishing or the technology for creating the material does not allow to obtain it in sufficient volume, in particular, due to restrictions imposed by the manufacturing process, or if the components of the material are expensive. In addition, since in some types of technologies the material is created in the form of the product, it becomes necessary to measure the thermal expansion coefficient of the product itself, since abstract material patterns may simply not exist. This leads to the need to develop measurement methods and techniques that take into account the specific behavior of such materials, improve existing and develop the measuring capabilities of the reference equipment, and expand the range of materials and objects due to those for which it is possible to carry out TEC measurements with the required accuracy (Kompan T .A. Measuring capabilities and prospects for the development of dilatometry // World of measurements. - 2011. - No. 7 - P. 14-21. [4]).

Одно из возможных решений проблемы контроля материалов, образцов и изделий с нерегулярной поверхностью состоит в применении спекл-интерферометрии - разновидности интерференционного метода. При тепловом расширении образца интенсивность и фаза спеклов динамически изменяются, при этом изменения фазы характеризуют нормальное смещение поверхности образца. В процессе таких измерений требуется отслеживать изменения фаз отдельных спеклов. Поскольку контраст спеклов при температурном расширении исследуемого образца изменяется случайным образом во времени и от спекла к спеклу, необходимо селектировать спеклы по амплитуде и вычислять изменения фазы по набору спеклов (Коста Дж., Манджини C., Отонелло П. Измерение теплового расширения при помощи спеклинтерферометра // Приборы для научных исследований. - 1987. - №1. - С. 81-85. [5]).One of the possible solutions to the problem of controlling materials, samples and products with an irregular surface is the use of speckle interferometry - a type of interference method. During thermal expansion of the sample, the speckle intensity and phase dynamically change, while phase changes characterize the normal displacement of the sample surface. In the process of such measurements, it is required to monitor the phase changes of individual speckles. Since the speckle contrast during the thermal expansion of the test sample varies randomly in time and from speckle to speckle, it is necessary to select the speckles by amplitude and calculate the phase changes from the speckle set (Costa J., Mangini C., Otonello P. Measurement of thermal expansion with a speckle interferometer / / Devices for scientific research. - 1987. - No. 1. - S. 81-85. [5]).

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является способ контроля ТКЛР образцов с неплоским рельефом и негладкой поверхностью при помощи спекл-интерферометра Майкельсона, описанный в [4] (см. с. 19, рис. 6). Способ предусматривает снятие спекл-интерферограммы поля нормальных перемещений с передней поверхности тела с отображением на экране монитора ЭВМ. При тепловом расширении образца интенсивность и фаза спеклов динамически изменяются, при этом изменения фазы характеризуют нормальное смещение поверхности образца.Closest to the claimed in its technical essence is a method for controlling the TEC of samples with a non-planar topography and a non-smooth surface using a Michelson speckle interferometer described in [4] (see p. 19, Fig. 6). The method involves removing a speckle interferogram of the normal displacement field from the front surface of the body with the display on a computer monitor screen. During thermal expansion of the sample, the speckle intensity and phase dynamically change, while phase changes characterize the normal displacement of the sample surface.

Недостатком известного способа является его относительно малая информативность, заключающаяся в том, что отслеживается смещение только одной поверхности образца, в то время как при нагревании происходит расширение образца по всем направлениям.The disadvantage of this method is its relatively low information content, which consists in tracking the displacement of only one surface of the sample, while when heated, the sample expands in all directions.

Заявляемый способ дилатометрии направлен на повышение информативности за счет обеспечения возможности одновременного определения смещения нескольких поверхностей образца.The inventive method of dilatometry is aimed at increasing information content by providing the ability to simultaneously determine the displacement of several surfaces of the sample.

Указанный результат достигается тем, что применяется способ дилатометрии, который заключается в том, что часть отражающих элементов спекл-интерферометра располагают за обследуемым телом, освещая и отображая невидимые спереди участки его поверхности, а зарегистрированные от них спекл-интерферограммы размещают в выделенных для них частях экрана монитора ЭВМ, не пересекающихся с отображением спекл-интерферограммы передней поверхности тела, вычисляют разностную спекл-интерферограмму перемещений поверхностей по отношению к их исходному состоянию и определяют по ней изменение расстояния между любыми двумя точками поверхности тела. При помощи заявляемого способа дилатометрическая информация может быть одновременно снята не только с лицевой и тыльной сторон объекта, но и с остальных доступных для наблюдения частей поверхности тела.This result is achieved by the fact that a dilatometry method is used, which consists in the fact that part of the reflecting elements of the speckle interferometer are located behind the body being examined, illuminating and displaying sections of its surface that are invisible in front, and speckle interferograms recorded from them are placed in the parts of the screen allocated to them computer monitor that do not intersect with the display of the speckle interferogram of the front surface of the body, calculate the differential speckle interferogram of the displacements of the surfaces with respect to their original state and is determined by its change in distance between any two points on the body surface. Using the proposed method, dilatometric information can be simultaneously taken not only from the front and back sides of the object, but also from the remaining parts of the body surface available for observation.

Данный способ опирается на принцип спекл-интерферометрической регистрации малых перемещений поверхности объекта наблюдения в форме интерферометрических полос, соответствующих изолиниям этих перемещений. Плотность расположения изолиний - шаг полос - определяется длиной волны лазера спекл-интерферометра и трехмерным профилем функции распределения перемещений на поверхности наблюдения. Он обобщает спекл-интерферометрический подход к дилатометрическим измерениям на случай, когда и лицевая, и тыльная поверхности тела имеют сложную геометрию и их поля перемещений при создаваемых на тело воздействиях имеют неоднородные распределения по поверхности.This method is based on the principle of speckle interferometric registration of small displacements of the surface of the object of observation in the form of interferometric strips corresponding to the contours of these displacements. The density of the isolines — the stripe spacing — is determined by the laser wavelength of the speckle interferometer and the three-dimensional profile of the displacement distribution function on the observation surface. He generalizes the speckle-interferometric approach to dilatometric measurements in the case when both the front and back surfaces of the body have complex geometry and their fields of displacement under the effects created on the body have inhomogeneous surface distributions.

Сущность заявляемого способа дилатометрии поясняется графическими материалами и примером реализации способа. На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки, реализующей способ. На фиг. 2 представлено изображение образца в виде параллелепипеда, помещенного в установку в видимом свете (A, B - грани лицевой поверхности, C, D - грани тыльной стороны объекта, видимые через зеркальные элементы, установленные позади него). На фиг. 3 представлено изображение спекл-интерферограммы перемещений по всем боковым граням при наклоне параллелепипеда как жесткого целого. На фиг. 4 представлено изображение интерферограммы микроперемещений на боковых гранях параллелепипеда при неравномерном нагреве его верхней грани. Белыми вертикальными прямыми отмечены ребра параллелепипеда.The essence of the proposed method dilatometry is illustrated by graphic materials and an example implementation of the method. In FIG. 1 shows a schematic diagram of an installation that implements the method. In FIG. Figure 2 shows the image of a parallelepiped-shaped sample placed in the apparatus in visible light (A, B are the faces of the front surface, C, D are the faces of the back side of the object, visible through the mirror elements installed behind it). In FIG. Figure 3 shows the image of the speckle interferogram of displacements along all lateral faces when the parallelepiped is tilted as a rigid whole. In FIG. Figure 4 shows the image of the interferogram of micromovements on the lateral faces of the parallelepiped with uneven heating of its upper face. The edges of the box are marked with white vertical lines.

Экспериментальная регистрация картины линий уровня малых перемещений одновременно по лицевой и тыльной сторонам объекта осуществляется с помощью спекл-интерферометра, в качестве оптической схемы которого принята модифицированная схема Майкельсона, дополненная оптическими элементами позади объекта измерения (фиг.1). Основные элементы схемы: лазер - 1, коллиматор - 2, полупрозрачное делительное зеркало - 3, объект измерения - 4, призма в форме треугольного параллелепипеда из оптического стекла - 5 с внутренними посеребрянными гранями, либо два зеркала, расположенные так, чтобы через них обеспечивалось освещение тыльной стороны объекта, в качестве которого в примере использован прямоугольный параллелепипед с боковыми гранями A, B, C, D и отображение невидимых спереди граней C, D в участки матрицы видеокамеры, отличные от участков, в которые отображается лицевая поверхность объекта (грани A, B), диффузно-отражающая неподвижная пластина - 6, видеокамера - 7; стрелками показаны направления лучей.Experimental registration of the pattern of lines of the level of small displacements simultaneously on the front and back sides of the object is carried out using a speckle interferometer, the optical scheme of which is a modified Michelson scheme, supplemented with optical elements behind the measurement object (Fig. 1). The main elements of the circuit: laser - 1, collimator - 2, translucent dividing mirror - 3, measurement object - 4, prism in the form of a triangular parallelepiped made of optical glass - 5 with internal silver-plated faces, or two mirrors arranged so that lighting is provided through them the back side of the object, which in the example uses a rectangular parallelepiped with side faces A, B, C, D and the display of the faces C, D that are invisible in front to the parts of the camera’s matrix that are different from the areas in which the front overhnost object (faces A, B), diffusely-reflecting stationary plate - 6, a video camera - 7; arrows indicate the direction of the rays.

Излучение лазера 1 падает на коллиматор 2, формирующий расширенный параллельный луч, который, попадая на полупрозрачное зеркало 3, делится на предметные и опорные лучи. Предметные лучи, проходя через полупрозрачное зеркало 3, попадают на объект 4 и призму за ним 5. Отражая прошедшие мимо объекта лучи, призма освещает невидимую спереди поверхность объекта (грани C, D параллелепипеда). В то же время эта призма играет роль возвратного зеркала, проецируя лучи, отраженные от граней C, D, через делительное зеркало 3 в участки матрицы видеокамеры 7, отличные от участков, в которые попадают лучи, отраженные от лицевой поверхности объекта. Отраженные от объекта предметные лучи несут оптическую информацию о полях микроперемещений передних и задних поверхностей объекта.The radiation of the laser 1 falls on the collimator 2, forming an expanded parallel beam, which, falling on a translucent mirror 3, is divided into subject and reference rays. Object rays passing through a translucent mirror 3, fall on the object 4 and the prism behind it 5. Reflecting the rays passing by the object, the prism illuminates the surface of the object invisible in front (facets C, D of the box). At the same time, this prism plays the role of a return mirror, projecting the rays reflected from the faces C, D through the dividing mirror 3 into the areas of the matrix of the video camera 7, different from the areas into which the rays reflected from the front surface of the object fall. The object rays reflected from the object carry optical information about the microdisplacement fields of the front and rear surfaces of the object.

Опорный луч отражается от зеркала 3, затем, - от неподвижной диффузно отражающей пластины 6, вторично попадает на делительное зеркало 3 и, частично отразившись, а частично рассеявшись, - в видеокамеру 7. На фиг. 1 сплошными стрелками показан опорный луч, двойными стрелками - предметные лучи, падающие и отражающиеся от лицевых поверхностей объекта, пунктирными - от его задних поверхностей.The reference beam is reflected from the mirror 3, then, from the stationary diffusely reflecting plate 6, secondly falls onto the dividing mirror 3 and, partially reflected and partially scattered, into the video camera 7. In FIG. 1 solid arrows show the reference beam, double arrows - object rays incident and reflected from the front surfaces of the object, dotted - from its rear surfaces.

Микроперемещения поверхностей наблюдения, происходящие после записи спеклограммы их исходного положения, проявляются в форме спекл-интерферограммы реального времени в результате покадрового вычитания матрицы исходной спекл-картины из матрицы текущего состояния. Так как на матрицу видеокамеры транслируются непересекающиеся изображения всех четырех боковых граней объекта, то в разных участках экрана монитора ЭВМ одновременно наблюдаются четыре непересекающиеся системы интерференционных полос - от двух передних и двух задних граней объекта. Изображения мест поверхности объекта, нормальные перемещения которых отсутствовали, либо были близки целому числу длин полуволны лазерного излучения, выглядят на спекл-интерферограмме как темные полосы, а места поверхности, перемещения которых близки полуцелому числу полуволн лазера, - как светлые полосы.The microdisplacements of the observation surfaces occurring after recording the specklegram of their initial position appear in the form of a speckle interferogram of real time as a result of frame-by-frame subtraction of the matrix of the initial speckle pattern from the matrix of the current state. Since disjoint images of all four lateral faces of the object are transmitted to the video camera’s matrix, four disjoint systems of interference fringes are simultaneously observed in different parts of the computer monitor screen — from the two front and two rear faces of the object. Images of the surface areas of the object, the normal displacements of which were absent, or were close to the integer number of half-wavelengths of laser radiation, appear on the speckle interferogram as dark stripes, and the locations of the surface whose displacements are close to the half-integer number of half-waves of the laser look like light stripes.

На фиг. 2 приведено изображение объекта - прямоугольного параллелепипеда высотой 5 см квадратного поперечного сечения со стороной 2,5 см в видимом свете. Лицевые грани, обращенные к источнику освещения, обозначены, как и на фиг. 1, буквами A и B. Изображения, невидимых спереди, тыльных граней C и D проецируются на матрицу видеокамеры зеркалами, установленными позади объекта.In FIG. 2 shows an image of an object - a rectangular parallelepiped with a height of 5 cm of square cross section with a side of 2.5 cm in visible light. Facial faces facing the light source are indicated, as in FIG. 1, with letters A and B. Images, invisible in front, of the rear faces C and D are projected onto the camcorder's matrix by mirrors mounted behind the subject.

На фиг. 3 приведена спекл-интерферограмма, на которой видны перемещения по всем боковым граням параллелепипеда при его наклоне как жесткого целого. Полосы параллельны друг другу, распределены равномерно по высоте параллелепипеда. Исходя из вида интерферограммы, изображенной на фиг. 3, величина угла 9 наклона параллелепипеда определяется по формулеIn FIG. Figure 3 shows a speckle interferogram showing displacements along all lateral faces of the box when it is tilted as a rigid whole. The strips are parallel to each other, evenly distributed over the height of the box. Based on the type of interferogram depicted in FIG. 3, the angle of inclination 9 of the parallelepiped is determined by the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где λ - длина волны лазера, N - число однотипных (темных или светлых) полос интерферограммы, H - высота параллелепипеда. В данном случае при длине волны лазерного излучения λ=0,532 мкм (в оптической схеме использовался твердотельный зеленый лазер) зарегистрированная величина угла наклона параллелепипеда составила около 11 угловых секунд.where λ is the laser wavelength, N is the number of the same (dark or light) bands of the interferogram, H is the height of the parallelepiped. In this case, at a wavelength of laser radiation of λ = 0.532 μm (a solid-state green laser was used in the optical scheme), the detected parallelepiped angle of inclination was about 11 arc seconds.

Другая спекл-интерферограмма, изображенная на фиг. 4, иллюстрирует процесс неравномерного температурного расширения боковой поверхности параллелепипеда при несимметричном нагреве его верхней грани. Здесь для наблюдения за непрерывностью перехода полос с одной задней грани параллелепипеда на другую зеркала позади него были установлены под углом 90°, в результате чего было совмещено отображение интерферограмм на задних гранях ценой некоторого уменьшения их масштабов. Видно, как поле перемещений поверхности тела проявляет его температурное поле.Another speckle interferogram depicted in FIG. 4, illustrates the process of uneven thermal expansion of the side surface of a parallelepiped with asymmetric heating of its upper face. Here, to observe the continuity of the transition of strips from one rear face of the parallelepiped to another, the mirrors behind it were set at an angle of 90 °, as a result of which the display of interferograms on the rear faces was combined at the cost of some reduction in their scale. It can be seen how the field of displacements of the surface of the body displays its temperature field.

В соответствии с формулой (1) для нормальных перемещений W и расположения линий уровня этих перемещений на фиг. 4 может быть произведен расчет изменений расстояний между любыми двумя точками боковой поверхности параллелепипеда. С учетом малости этих изменений в сравнении с габаритными размерами тела величина их может быть вычислена по формулеIn accordance with formula (1) for normal movements W and location of level lines of these movements in FIG. 4, changes in the distances between any two points of the side surface of the box can be calculated. Given the smallness of these changes in comparison with the overall dimensions of the body, their value can be calculated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где (x1, y1, z1), (x2, y2, z2) - исходные координаты выбранных точек, например, когда первая находится на грани A, а вторая - на грани C в декартовой системе координат с началом в одной из точек пересечения ребер параллелепипеда, а N1 и N2 - число зарегистрированных полос для этих точек на участках спекл-интерферограммы, соответствующих этим граням.where (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ) are the initial coordinates of the selected points, for example, when the first is on face A and the second on face C in a Cartesian coordinate system with the origin at one of the points of intersection of the edges of the parallelepiped, and N 1 and N 2 are the number of recorded bands for these points in the speckle interferogram sections corresponding to these faces.

Этот расчет позволяет определять изменения размеров тела с субмикронной точностью. При необходимости данный расчет может быть уточнен по алгоритму, учитывающему не только число полос, но и их расположение, описанному в патенте RU №2359221 [6]. При таком расчете точность снимаемой дилатометрической информации повышается до величин порядка 1 нм.This calculation allows us to determine changes in body size with submicron accuracy. If necessary, this calculation can be clarified by an algorithm that takes into account not only the number of bands, but also their location, described in patent RU No. 2359221 [6]. With this calculation, the accuracy of the dilatometric information taken is increased to values of the order of 1 nm.

Claims (1)

Способ дилатометрии, включающий регистрацию спекл-интерферограммы поля нормальных перемещений с передней поверхности тела с отображением на экране монитора ЭВМ и определение по ней величины перемещения, отличающийся тем, что часть отражающих элементов спекл-интерферометра располагают за обследуемым телом, освещая и отображая невидимые спереди участки его поверхности, а зарегистрированные от них спекл-интерферограммы размещают в выделенных для них частях экрана монитора ЭВМ, не пересекающихся с отображением спекл-интерферограммы передней поверхности тела, вычисляют разностную спекл-интерферограмму перемещений поверхностей по отношению к их исходному состоянию и определяют по ней изменение расстояния между любыми двумя точками поверхности тела. The dilatometry method, including registration of a speckle interferogram of the normal displacement field from the front surface of the body with the display of a computer on the computer screen and determining the displacement value from it, characterized in that some of the reflecting elements of the speckle interferometer are located behind the body being examined, illuminating and displaying sections of it invisible in front surface, and speckle interferograms recorded from them are placed in the computer monitor parts allocated for them that do not intersect with the speckle interferogram display the outer surface of the body, the difference speckle interferogram of the displacements of the surfaces relative to their initial state is calculated and the change in the distance between any two points of the body surface is determined from it.
RU2014119158/28A 2014-05-14 2014-05-14 Method of dilatometry RU2559797C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119158/28A RU2559797C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Method of dilatometry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014119158/28A RU2559797C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Method of dilatometry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2559797C1 true RU2559797C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53796510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014119158/28A RU2559797C1 (en) 2014-05-14 2014-05-14 Method of dilatometry

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559797C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206437B3 (en) * 2015-04-10 2016-04-07 Linseis Messgeräte GmbH Device for determining the thermal expansion and / or structural transformations of samples
RU2641629C2 (en) * 2016-06-21 2018-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Dilatometer
RU2642489C2 (en) * 2016-06-21 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Dilatometer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1718076A1 (en) * 1989-11-14 1992-03-07 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method of measuring linear temperature expansion coefficient of materials
RU2359221C1 (en) * 2007-10-05 2009-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем механики им.А.Ю.Ишлинского РАН Method for determination of normal shifts of body surface
RU2479063C1 (en) * 2011-11-16 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Surface relief determining method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1718076A1 (en) * 1989-11-14 1992-03-07 Московский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Method of measuring linear temperature expansion coefficient of materials
RU2359221C1 (en) * 2007-10-05 2009-06-20 Учреждение Российской академии наук Институт проблем механики им.А.Ю.Ишлинского РАН Method for determination of normal shifts of body surface
RU2479063C1 (en) * 2011-11-16 2013-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Surface relief determining method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Коста Дж., Манджини С., Отонелло П., "Измерение теплового расширения при помощи спекл-интерферометра" , Приборы для научных исследований, 1987, N 1, стр.81-85. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015206437B3 (en) * 2015-04-10 2016-04-07 Linseis Messgeräte GmbH Device for determining the thermal expansion and / or structural transformations of samples
RU2641629C2 (en) * 2016-06-21 2018-01-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Dilatometer
RU2642489C2 (en) * 2016-06-21 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Dilatometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7847954B2 (en) Measuring the shape and thickness variation of a wafer with high slopes
RU153452U1 (en) INTERFERENCE DILATOMETER
Dhanasekar et al. Digital speckle interferometry for assessment of surface roughness
Su Coherence scanning interferometry
RU2559797C1 (en) Method of dilatometry
Sárosi et al. Detection of surface defects on sheet metal parts by using one-shot deflectometry in the infrared range
Hahn et al. Single-shot low coherence pointwise measuring interferometer with potential for in-line inspection
Huang et al. Collimated phase measuring deflectometry
Quan et al. Determination of surface contour by temporal analysis of shadow moiré fringes
Dhanotia et al. Improved accuracy in slope measurement and defect detection using Fourier fringe analysis
Vannoni et al. Speckle interferometry experiments with a digital photocamera
Dai et al. Measuring thickness change of transparent plate by electronic speckle pattern interferometry and digital image correlation
De Groot et al. Fourier optics modelling of coherence scanning interferometers
RU2359221C1 (en) Method for determination of normal shifts of body surface
Vishnyakov et al. Automated Interference Tools of the All-Russian Research Institute for Optical and Physical Measurements
Tang et al. Study on dynamic deformation synchronized measurement technology of double-layer liquid surfaces
Heikkinen Defocused speckle imaging for remote surface motion measurements
Frade et al. In situ 3D profilometry of rough objects with a lateral shearing interferometry range finder
Malesa et al. Hybrid GI-DIC measurement procedure for hierarchical assessment of strain fields
Tendela et al. A novel approach for measuring nanometric displacements by correlating speckle interferograms
Tendela et al. A fast method for measuring nanometric displacements by correlating speckle interferograms
Lassila et al. Wave front and phase correction for double-ended gauge block interferometry
Tepichin-Rodriguez et al. Talbot effect based tunable setup for the measurement of stepped surfaces: plane and spherical wavefront illumination
Laubach et al. A new form measurement system based on subaperture stitching with a line-scanning interferometer
Gonzalez-Pena et al. Displacement measurements in structural elements by optical techniques

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190515