Микроинтерферометрия для контроля и оценки трехмерных дефектов (стр. 2 из 2)
Голографические измерения по принципу действия являются многоступенчатым процессом: вначале регистрируется голограмма объекта, затем восстанавливается его изображение, а количественная информация получается в результате обработки полученного изображения. Способ регистрации и последующего восстановления изображения объекта основан на интерференции двух волн: волны отражённой или прошедшей через изделие (предметной волны En) и когерентной с ней опорной волны EO с известным распределением фаз
E2 = E2n + E2O + 2EnEOcos(n-O).
Образовавшаяся интерференционная картина регистрируется на фотопластинке (или другой регистрирующей среде). Проявленная фотопластинка с зарегистрированной интерференционной картиной называется голограммой. Для восстановления исследуемого объёмного изображения на голограмму необходимо направить волну, совпадающую с опорной волной при записи. Восстановленное изображение, являющееся точной копией исследуемого изделия, обладает всеми свойствами изображения, которые присущи оригиналу.
При встрече опорной и предметной волн в пространстве образуется система стоячих волн, максимумы которых соответствуют зонам, где интерферирующие волны находятся в одной фазе, а минимумы - в противофазе. Для точечного опорного источника O2 и точечного предмета O1 поверхности максимумов и минимумов амплитуд световых колебаний представляют собой систему гиперболоидов вращения (рис. 2).
В схеме получения голограмм, предложенной Габором (на рис. 8, поз.1), опорный источник и предмет находятся на одной оси перед фотопластинкой. Такая голограмма называется однолучевой, т.к. используется один пучок света, часть которого рассеивается предметом и образует предметную волну, а другая часть, прошедшая через объект без искажений - опорную волну.
В двулучевой схеме Лэйта и Упатниекса (на рис. 8, поз.2) наклонный опорный пучок формируется отдельно. Схему, в которой опорный и предметный пучки падают на фотопластинку с разных сторон, впервые предложил Ю.Н.Денесюк (на рис. 8, поз.3). Такие голограммы называют также отражательными, а схему Денесюка - схемой со встречными волнами.
Рис. 8. Схемы расположения фотопластинки при получении голограмм различными способами:
1 - расположение фотопластинки в схеме Габора, 2 - в схеме Лэйта и Упатниекса, 3 - в схеме Денесюка; O1 - точечный объект, O2 – точечный источник света
На рис. 9 изображены основные оптические схемы записи и восстановления голограмм. В однолучевой схеме опорная волна формируется из волны, не претерпевшей рассеяния при прохождении через объект. В двулучевой схеме и в схеме со встречными волнами предметные и опорные волны разделены в пространстве и падают на регистратор под разными углами.
В голографических измерениях нашёл широкое применение метод голографической интерферометрии, который позволяет регистрировать и осуществлять прямые измерения геометрических изменений на объекте (деформаций в результате каких-либо внешних воздействий) с точностью до/10, где - длина волны света. В основе регистрации таких малых деформаций лежит метод двойной экспозиции, когда на голограмме в различные моменты времени регистрируются два состояния изделия
I1=E2n + E2O +2EnEOcos1
I2=E2n + E2O +2EnEOcos2 .
При одинаковом времени экспозиции прозрачность полученного негатива по амплитуде определяется как
I = I1 + I2 = 2(E2n + E2O) + 2EnEO(cos1+cos2) .
Малейшее изменение формы объекта из-за деформации в промежутке между двумя экспозициями изменяют фазу предметной волны. При восстановлении результирующей голограммы два восстановленных изображения интерферируют, образую голографическую интерферограмму. На результирующем восстановленном изображении изделия появляются интерференционные полосы, характеризующие изменение объекта между экспозициями.
Недостатком такого метода является то, что контроль осуществляется не в реальном масштабе времени.
Свободным от этого недостатка является метод получения интерферограмм, когда предметная волна от реального объекта интерферирует с волной, восстановленной с голограммы объекта в начальном состоянии (эталонной голограммы). Изменяющиеся во времени интерференционные картины, наблюдаемые непосредственно на самом объекте, регистрируются в этом случае с помощью фото- или теле-аппаратуры, что позволяет изучать нестационарные процессы в объекте, которые могут являться следствием возникающих деформаций в объекте (механические усилия, изменение температуры на объекте, давления в окружающей среде и т.д.).
Рис. 9. Двулучевая (а), однолучевая (б) схемы голографирования и схема со встречными волнами (в); г - схема восстановления изображений;
1 - источник излучения; 2 - светоделитель; 3 - объектив; 4 - отражатели; 5 - исследуемое изделие; 6 - фотопластинка; 7 - голограмма; 8 – мнимое изображение; 9 - действительное изображение; 10 - плоскость приёма изображения
ЛИТЕРАТУРА
1. Давыдов П. С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. - М.:Радио и связь, 2000. - 256 с.
2. Ермолов И.Н., Останин Ю.Я. Методы и средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов.-М.: Высшая школа, 2002. - 368 с.
3. Технические средства диагностирования: Справочник / Под общ. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 2005. - 672 с.
4. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. - Справочник. В 2-х кн./ Под ред. В.В.Клюева - М.: Машиностроение, 2006.
5. Ж.Госсорг. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: Пер. с франц. – М. Мир, 2005. – 416 с.