 |
Метод голографической интерферометрии
|
|
|
|
Введение
В настоящее время для измерения различных геометрических параметров объектов широко используются оптические методы, которые в совокупности по точности, экспрессности, простоте и эксплуатационным характеристикам превосходят все другие известные методы.
На первом этапе выполнения работы были рассмотрены три оптических метода контроля параметров капилляров фильер: метод голографической интерферометрии, Фурье-метод и метод автоматической дискретной микроскопии. Определены возможности каждого метода при решении поставленной задачи, оценены погрешности и сделаны выводы для выполнения последующих этапов работы.
Кроме того, проведен анализ всех возможных значений параметров фильер и составлено согласованное техническое задание.
Анализ методов измерения
Для измерения параметров капилляров фильер рассматривается возможность применения различных оптических методов.
Для контроля диаметров капилляров, отклонений их формы от цилиндричности предполагалось использовать методы голографической интерферометрии, Фурье-оптики и микроскопии.
Контроль высоты капилляров возможен методами Фурье-оптики и микроскопии.
Шероховатость внутренней поверхности капилляров можно измерить методами Фурье-оптики, теории рассеяния и микроскопии.
Рассмотрим кратко перечисленные методы.
Метод голографической интерферометрии
Из технологических применений голографии наиболее значительно разработана голографическая интерферометрия. Восстановленная по голограмме волна дает копию объекта в момент записи голограммы. Если эту волну сравнить с волной от объекта, восстановленной по голограмме записанной в другой момент времени, то можно сделать заключение об изменениях в объекте за время между моментами записи голограмм. Поскольку голограммы фиксируют предмет с очень большой точностью, такой метод позволяет изучать с большой точностью явления, которые влияют на голограмму, например деформация, колебания и т.д. Голография может применяться для обеспечения точности обработки деталей.
|
|
|
Метод называется голографической интерферометрией. На голограмму влияют не только пространственные перемещения частей предмета или его перемещение в целом, но условия отражения и преломления света в предмете и другие факторы, приводящие к амплитудно-фазовой модуляции света. Поэтому условия и степень когерентности освещающей волны имеют большое значение.
Часто необходимо получить объемное изображение предмета, которого еще не существует, и, следовательно, нельзя получить его голограмму оптическими методами. В этом случае голограмма рассчитывается на ЭВМ (цифровая голограмма), и результаты расчета соответствующим образом переносятся на фотопластинку. С полученной таким способом машинной голограммы объемное изображение предмета восстанавливается обычным оптическим способом. Поверхность предмета, полученного по машинной голограмме, используется как эталон, с которым методом голографической интерферометрии производится сравнение поверхности реально изготовленного предмета. Топографическая интерферометрия позволяет произнести сравнение поверхности изготовленного предмета и эталона с погрешностью порядка длины волны. Это дает возможность контролировать (и, следовательно, изготовлять) с большой точностью сложные поверхности, которые было бы невозможно изготовить без применения цифровой голографии и методов топографической интерферометрии. Разумеется, для сравнения эталонной и изготовляемой поверхностей необязательно восстанавливать машинную голограмму оптическим способом. Можно получить голограмму предмета, перевести ее на цифровой язык ЭВМ и производить сравнение с эталонной цифровой голограммой программным путем.
|
|
|
Фотопластинка при записи голограммы, как и при фотографии, регистрирует интенсивность светового потока, т.е. в обоих случаях она выполняет одну и ту же функцию. Различие состоит лишь в том, что на голограмме необходимо фиксировать значительно более мелкие подробности распределения интенсивности и значительно больший диапазон изменения интенсивности, чем на фотографии.
Фотопластинка должна обеспечить запись дифракционной картины, которая составляет голограмму. В голограмме плоской волны условие максимумов имеет вид 
, а расстояние 
между ними определяется соотношением 
. Отсюда следует, что 
. Например, при 
= 15° 
и поэтому 
, пластинка должна разрешать линии, расположенные на расстоянии 2 мкм. В рассмотренном случае требуемая разрешающая способность фотопластинки составляет 500 линий/мм. Желательно иметь пластинки с еще большей разрешающей способностью. Для этого приходится использовать очень мелкие зерна галоидного серебра, что уменьшает чувствительность пластинки. Поэтому пластинки с высокой разрешающей способностью обладают низкой чувствительностью и требуют больших времен экспозиции, достигающих нескольких секунд при небольших мощностях лазеров. В течение времени экспозиции необходимо обеспечить стационарность процесса экспозиции и относительную неподвижность приборов и предмета съемки с точностью до доли длины волны (обычно 
). При использовании импульсных лазеров времена экспозиции могут быть уменьшены до продолжительности импульса (миллисекунды и меньше). В этих условиях можно снимать голограммы движущихся объектов.
Как и любой интерферометрический метод, рассматриваемый метод позволяет измерять диаметры капилляров с высокой точностью 
.
Однако, при использовании фотографической регистрации голограмм, автоматизация измерений затруднительна. Если же регистрацию амплитудно-фазового распределения излучения производить с помощью многоэлементных матричных приемников, то анализ и преобразование информации о контролируемых параметрах практически такой же, как и в методе Фурье-оптики. Кроме того, существующие ПЗС-матрицы имеют размер разрешаемого элемента поверхности (пиксела) порядка 
, что не согласуется с необходимым пространственным разрешением регистрации интерферограмм порядка 2 мкм.
|
|
|
|
|
|
