Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 5 )

Микроскоп является оптическим многолинзовым устройством для наблюдения элементов, не видимых невооруженным глазом, имеющим регулировки оптических свойств. Он дает возможность получить качественное увеличенное изображение, причем увеличение может достигать 2000 раз, а линейное разрешение – 0,5 мкм. Микроскопы позволяют производить визуально-оптический контроль при различных режимах освещения и увеличения, а также по разным методикам. Линзовые системы являются апланатическими, т. е. для них выполняется условие синусов

,

где и – показатели преломления среды в пространстве предметов и в пространстве изображений; и – апертурные углы в пространстве предметов и изображений.

С помощью микроскопов и устройств, построенных по тому же принципу, решаются следующие задачи неразрушающего контроля качества: измерение геометрических размеров и формы малогабаритных изделий, обнаружение дефектов малых размеров (до долей микрометра) с высоким разрешением по их пространственному положению, контроль физико-химических свойств и состояния материалов (внутренних положений) по их оптическим характеристикам, контроль внутреннего строения малогабаритных изделий или их частей, расположенных в прозрачном или полупрозрачном материале.

Эндоскопом называют устройство, снабженное осветителем и оптической системой для осмотра внутренней поверхности объектов с полостями. Эндоскопы позволяют в основном решать задачи дефектоскопии и контроля строения изделий путем переноса видимого изображения из недоступной зоны к оператору. Сравнивая эндоскопы с другими устройствами, пригодными для решения аналогичных задач, и в первую очередь с малогабаритными телевизионными камерами, помещаемыми в полости, следует отметить, что гибкие эндоскопы имеют гораздо меньшие размеры поперечного сечения. Это дает возможность вводить их через очень малые отверстия объекта в полости и каналы сложного профиля, если радиус изгиба при повороте эндоскопа в полости более пяти диаметров жгута.

3.5.2 Фотометрические методы контроля

Методы, основанные на измерении величин, характеризующих световое излучение, путем преобразования их в электрический сигнал и обработки его вторичными блоками. Они нашли широкое распространение, поскольку хорошо вписываются в технологический процесс. К таким методам можно условно отнести фотометрический, денситометрический, колориметрический и некоторые разновидности поляризационного и спектрального методов. Фотометрический метод предполагает измерение вторичной освещенности, яркости, светового потока или интенсивности светового излучения, полученного после взаимодействия с контролируемым объектом. Использование той или иной физической величины зависит от конкретной реализации метода, выбранной оптической системы и первичного измерительного преобразователя. Денситометрический метод состоит в том, что измеряется оптическая плотность или коэффициент пропускания. Поляризационный метод отличается использованием поляризованного света и анализом поляризации прошедшей компоненты. Колориметрический метод заключается в анализе цветовых составляющих света или их отношения. При реализации этих методов основной процесс измерения или преобразования может быть сведен во многих случаях к фотометрическому, поэтому рассмотрим его как основной вариант построения аппаратуры и отметим особенности в реализации других методов.

Фотометрический и подобные ему методы могут быть применены для решения следующих задач неразрушающего контроля: измерение геометрических размеров и площадей, контроль коэффициента затухания, пропускания или отражения, дефектоскопия. Приборы, реализующие фотометрический метод, обычно работают в прошедшем излучении и имеют две оптические системы. Поскольку первичные измерительные преобразователи световых величин в электрические сигналы чаще всего имеют нелинейные световые характеристики, а их стабильность недостаточна, применяют специальные способы построения приборов, чтобы эти недостатки оказывали минимальное влияние. В приборах для контроля геометрических размеров часто применяют следящие системы, а также фотокомпенсационный, фотоимпульсный, растровый способы и др.

Фотокомпенсационный способ предполагает сравнение двух световых потоков, один из которых частично перекрывается контролируемым объектом, а другой – специальной пластиной, положение которой при равенстве световых потоков определяет геометрический размер объекта. Фотоследящий способ состоит в перемещении с помощью следящей системы фотоэлектрического преобразователя, отмечающего положение границы «свет – тень», создаваемой при освещении контролируемого объекта, и регистрации его параметров по положению преобразователя.

Фотоимпульсные приборы имеют наибольшее распространение и по существу используют преобразование линейного размера в электрический импульс, длительность которого связана с измеряемым размером и скоростью движения модулирующего элемента. Применение растровых устройств позволяет дискретизировать световой поток, идущий от контролируемого объекта, и получить последовательность импульсов, число которых связано с размерами контролируемого объекта.

В устройствах на принципе фотоимпульсного преобразователя могут быть применены линейные матрицы на базе приборов с зарядной связью, на выходе которых сразу получают последовательность импульсов, связанных с поперечным размером, что существенно упрощает построение приборов для контроля геометрических размеров фотометрическим способом и обеспечивает лучшие метрологические показатели.

3.5.3 Контроль телевизионными методами

Основой применения телевизионных методов являются электронно-вакуумные передающие телевизионные трубки [23–26], которые позволяют преобразовать видимое изображение в упорядоченную последовательность – видеосигнал. Наибольшее распространение в телевизионных системах для целей неразрушающего контроля имеют видикон и диссектор. Сигналы, полученные от передающего телевизионного блока, дальше могут использоваться по-разному: для формирования видимого изображения, которое анализируется оператором, для логической обработки сигналов и выделения информации о контролируемом объекте или для ввода в компьютер.

Отметим основные преимущества телевизионного метода по сравнению с визуальным и визуально-оптическим:

1) возможность одновременной оценки изображения на нескольких экранах группой операторов, что особенно существенно при работе с микроскопом, эндоскопом и другими подобными устройствами;

2) работа с крупным изображением, получаемым за счет электронного увеличения так, что общее увеличение составит

;

3) передача и анализ изображения практически на любые расстояния от контролируемого объекта;

4) возможность записи, обработки изображения и его улучшения путем устранения помех с использованием методов, широко применяемых в телеметрических системах;

5) простота проведения контроля для объектов различной формы;

6) широкие возможности автоматизации контроля и использования его результатов, обработанных на компьютере, для их фиксации, анализа, а также управления ходом технологического процесса.

Большую часть этих преимуществ позволяет реализовать аппаратура или устройства, которые могут быть построены на базе серийных блоков и систем. Такие устройства называют системами промышленного телевидения и телевизионной автоматики. Кроме того, некоторые специальные устройства, создающие на выходе видимое изображение, по существу, построены на основе принципов, характерных для телевизионной техники.

3.5.4 Интерференционные методы контроля

Отличительной чертой интерференционных методов оптического контроля является взаимодействие двух потоков света. К интерференционным методам относятся: интерферометрический, дифракционный, фазово-контрастный, рефрактометрический и голографический. Они основаны на изменении энергии и фазы вторичных потоков после взаимодействия с контролируемым объектом, его элементами или частями. Поскольку величиной, определяющей набег фазы, является длина волны, интерференционные методы обеспечивают измерения и контроль параметров объектов до долей длины волны. Обычно погрешность или разрешающая способность такого рода аппаратуры составляет . В связи с высокой разрешающей способностью и чувствительностью этих методов большое внимание должно быть уделено неизменности условий контроля, в том числе и параметров окружающей среды. Интерференционные методы успешно применяются для высокоточного измерения геометрических размеров, физико-химических свойств (в первую очередь оптических), реже – для дефектоскопии и контроля внутреннего строения изделий.

3.5.5 Голографические методы

Уникальные свойства лазерного излучения сделали реальным применение голографических методов в неразрушающем контроле. Как известно, голограмма – это полученная определенным образом фотопластинка с запечатленными на ней интерференционными линиями, при освещении которой когерентными колебаниями формируется поток света, создающий видимое объемное изображение сфотографированного объекта. Непосредственное использование свойств фиксированного трехмерного изображения изделия в неразрушающем контроле имеет такое же значение, как обычная фотография, – получение и хранение документа, но содержащего гораздо большую информацию, поскольку изображение имеет объемность и распределение света зарегистрировано с точностью до долей его длины волны.

Голограммы могут быть получены физическим путем с помощью оптических установок или расчетным путем с помощью компьютера и специальных графических устройств (бинарные голограммы). Так как голограмма получается за счет интерференции световых волн, прошедших различный путь до регистрирующей фотопленки, необходимы высокая когерентность, монохроматичность и стабильность источника света, что особенно существенно при больших разностях хода лучей. Наилучшие из современных лазеров могут обеспечить выполнение требуемых условий при расстояниях до 30 м. Две интерференционные линии на голограмме находятся на расстоянии , где – угол между направлениями сигнального и опорного лучей. Поскольку наименьшее расстояние между линиями на голограмме примерно равно длине света, т. е. в видимом диапазоне 0,35–0,75 мкм, то пленка для голографии должна иметь высокую разрешающую способность – 2000–5000 линий/мм. Работа с такой пленкой требует большой освещенности и значительного времени экспозиции. Во время экспозиции необходимо выдерживать постоянные показатели окружающей среды, так как их изменения не должны приводить к появлению приращений электрической длины у одного из лучей более чем на четверть длины волны, иначе структура интерференционных полос будет нарушаться (смазываться, расплываться). Указанные особенности усложняют широкое внедрение голографических методов в неразрушающем контроле качества.

Расчетные (бинарные) голограммы получают путем вычисления для конкретных условий контроля результирующих амплитуд и фаз в плоскости голограммы на компьютере. Полученные значения выводятся на построитель графического изображения или передаются по каналам связи в приемный центр. Затем изображение перефотографируется в уменьшенном масштабе так, чтобы линии голограммы на фотографии находились на расстояниях, соизмеримых с длиной волны света, восстанавливающего изображение. Расчетный способ создания голограмм позволяет иметь их для идеальных объектов, которые реально не существуют, изготавливать фильтры с наперед заданными свойствами и передавать голографическую информацию. Особенно эффективно для целей неразрушающего контроля применение расчетных голограмм, когда изделие должно иметь форму, точно описываемую математическими формулами (цилиндр, сфера, параболоид и т. д.) при малых допустимых отклонениях от нее.

3.6.1 Устройство и принцип работы измерительного микроскопа

В состав типичного микроскопа входят: осветитель, предметный столик, перемещающийся относительно корпуса микроскопа, и увеличительная часть. Наиболее сложные микроскопы для измерительных целей содержат электронные системы цифрового отсчета, а также преобразующую телевизионную установку для передачи и обработки изображения. Как правило, микроскоп работает с источником искусственного света, создающим большую освещенность контролируемого объекта необходимого спектрального состава и направления света.

Выходной световой поток чаще всего имеет вид параллельного пучка лучей или специальное строение (сходящегося или расходящегося, со светлыми или темными местами, с различными метками и т. д.).

Увеличительная часть микроскопа предназначена для получения изображения, удобного для оперативного анализа при контроле различных объектов в выбранном режиме. Типичный вариант построения увеличительной системы микроскопа изображен на рис. 3.1 [1]. Для расширения возможностей в увеличительной части микроскопа также имеются элементы, изменяющие световой поток, а осветитель может располагаться по-разному (ОС1 или ОС2).

От осветителя ОС1 свет падает на линзу Л3 (работа в светлом поле) или Л4 (работа в темном поле) и через диафрагму Д3 и маску МС направляется на сложные зеркала З2 и З3. Зеркало З2 выполнено прозрачным и отражает световой поток, прошедший сквозь линзу Л3 в линзовый объектив ОБ, освещающий участок контролируемого объекта КО. Через этот же объектив ОБ и зеркало З2 лучи света после взаимодействия с контролируемым объектом направляются для анализа сквозь фильтр Ф3 и линзы Л6 к зеркалам З4 и З5. Таким путем проходит световой поток при работе в светлом поле, когда угол падения лучей света близок к нулю. При работе в темном поле, когда хорошо отражающая полированная поверхность кажется черной, световой поток через периферийную часть линзы Л4 попадает на зеркало З3 и далее на зеркало З6, называемое эпиобъективом и выполненное в виде круглого кольцеобразного металлического зеркала с внутренней отражающей параболической поверхностью, которое формирует косое () освещение. Центральная часть светового потока в этом варианте освещается перекрываемой диафрагмой Д3, чтобы не было прямого отражения света в объектив. Ход лучей света после взаимодействия с контролируемым объектом в обоих случаях одинаков.

Рис. . Функциональная схема измерительного микроскопа: КО – контролируемый объект; ПС – предметный столик; ОБ – линзовый объектив; ИС – измерительная система; ОС – осветитель; З – зеркало; Л – фокусирующие линзы; МС – маска; Д – диафрагма; Ф – фильтр

Лучи света, несущие полезную информацию в виде изображения участка контролируемого объекта КО, отраженные от зеркала З4, через окуляр ОК наблюдаются оператором. Если убрать зеркало З4, то лучи попадают в фотоокуляр Л8, который после отражения их от зеркала З5 формирует изображение на пластине ПЛ, которая может быть матовым экраном при работе в проекционном режиме или фотопластинкой при фотографировании. Получение четкого изображения обеспечивает его фокусировка путем перемещения объектива ОБ в направлении линии визирования (главной оптической оси) с помощью ручки фокусировки РФ, связанной с отсчетным микрометрическим устройством отсчета расстояния. Непосредственно в объективе, окуляре или около них устанавливается измерительная сетка ИС с делениями, цена которых зависит от увеличения микроскопа. Эта сетка обеспечивает проведение отсчетов длины в плоскости, перпендикулярной линии визирования, и может быть проградуирована по эталонам или с помощью микрометрических отсчетных устройств.

Предметный столик ПС является базой, на которой размещается контролируемый объект КО, для чего к нему придается набор принадлежностей: специальные зажимы, пружинные держатели, дополнительные кольца и насадки и т. д. Предметный столик позволяет перемещать объект КО в направлениях, перпендикулярных линии визирования, что осуществляется ручками соответствующих координатных перемещений РП, связанных с предметным столиком ПС отсчетными микрометрическими устройствами.

Осветительная часть микроскопа ОС2 для работы в прошедшем освещении выполнена в виде лампы накаливания объектива, фильтра и диафрагмы, заключенных в общий корпус. Такой осветитель может легко размещаться в требуемом положении при оптимальном угле падения света и фиксировать его.

В зависимости от решаемой задачи контроля качества микроскоп можно использовать для работы в следующих режимах освещения: в проходящем и отраженном свете разного направления; с белым или монохроматическим светом, длина волны которого определяется фильтрами; с поляризованным и неполяризованным светом, при освещении световым потоком разной структуры, создаваемой масками. В части микроскопа, где происходит обработка светового потока после взаимодействия с контролируемым объектом, также возможны различные режимы работы, применение которых целесообразно с учетом его оптических свойств. Оптическая система большинства микроскопов отлаживается обычно на определенную длину волны (чаще 0,56 мкм), поэтому для получения изображений наилучшего качества используют монохроматический свет. Отметим наиболее распространенные режимы работы микроскопов.

Основной режим работы микроскопа – освещение белым светом. Для получения изображений, на которых четко выделяется информация об отклонении объекта от нормы, устанавливают различные светофильтры, причем полоса их пропускания может быть близкой к длине волны, несущей полезную информацию, или, наоборот, является дополнительной к ней, что повышает контрастность изображения и будут резко выделяться инородные элементы и детали: дефекты, различные включения и т. п. Работа в темном поле особенно эффективна при изучении поверхностных дефектов или при контроле поверхностей с особыми оптическими свойствами, а также при контроле прозрачных объектов.

3.6.2 Схемы построения эндоскопов

В зависимости от вида контролируемого объекта, условий и целей проведения контроля концевая часть эндоскопа может компоноваться путем различных сочетаний элементов оптических систем (линз, призм, зеркал и др.) и источника освещения. На рис. 3.2 показано несколько схем типичных вариантов контроля и расположения основных элементов, обеспечивающих различные варианты обзора внутренней поверхности контролируемого объекта. Эндоскоп содержит: осветительный жгут 1, осветительную оптическую систему 2, источник света, объектив 3, обзорный (регулярный) жгут 4, окуляр, защитную оболочку 5 и устройства управления. По технологическим признакам эндоскопы выполняются жесткой, полужесткой и гибкой конструкции.

Рис. . Основные виды эндоскопов для обзора внутренних поверхностей: а – прямой; б – регулируемый в полусфере; в – боковой; г – панорамный; д – угловой; е – ретроспективный (1 – осветительный жгут, 2 – осветительная оптическая система, 3 – объектив, 4 – обзорный жгут (регулярный), 5 – защитная оболочка)

Эндоскопы жесткой конструкции легче фиксируются в зоне контроля. Жесткие эндоскопы изготавливают на базе линзово-зеркальных оптических систем, содержащих до 50 оптических элементов, а их возможности подобны микроскопам. Эндоскопы гибкой конструкции наиболее универсальны, так как хорошо вводятся в полости сложной конфигурации по криволинейным каналам, ведущим к полости, и изготавливаются на основе волоконно-оптических световодов, собранных в жгуты. При использовании таких эндоскопов необходимо иметь в виду, что доставленное к оператору изображение несколько искажается по сравнению с тем, которое проецируется на входной торец световодного жгута. В частности, элементарные световые потоки деполяризуются, по-разному запаздывают во времени, изображение имеет зернистую структуру, а контраст несколько нарушается за счет разного затухания света в отдельных волокнах жгута и разного пройденного пути, например, из-за непредсказуемых изгибов и переплетений волокон, а также неидеальности их отражающей поверхности.

Поскольку эндоскоп является фактически устройством, переносящим изображение в пространстве и работающим в реальном масштабе времени, он может успешно использоваться с другими устройствами фиксации и обработки изображений, например телеаппаратурой. Условия освещения легко изменяются, поскольку источник света вынесен за пределы полости и его мощность можно увеличить до необходимого значения, несмотря на габариты.

Разрешающая способность эндоскопа гибкой конструкции ограничена разрешениями волоконно-оптического жгута и оптической части эндоскопа. Чтобы полнее использовать возможности эндоскопа, стремятся к примерному равенству линейного разрешения в поле зрения и разрешающей способности регулярного жгута. В этом случае минимально допустимый диаметр торца жгута составит

,

где – линейный размер поля зрения эндоскопа, мм; и – разрешающие способности по полю зрения эндоскопа и волоконно-оптического жгута соответственно, мм-1.

С помощью эндоскопа можно оценить линейные размеры элементов изделия путем сравнения их между собой или по измерительной шкале, но точность в этом случае невысока, поскольку трудно определить увеличение эндоскопа (масштаб изображения).

3.6.3 Структурная схема телевизионной установки для оптического контроля объектов

Основным оборудованием при реализации телевизионных методов является промышленная телевизионная установка (ПТУ), представляющая собой замкнутую телевизионную систему, сигналы которой чаще всего передаются по кабелям. Промышленные телевизионные установки являются самостоятельными единицами и часто могут быть непосредственно использованы для проведения оптического телевизионного контроля при соответствующем выборе из широко выпускаемой номенклатуры. Структурная схема (рис. 3.3) показывает основные функциональные блоки типичной ПТУ. Ее передающая часть имеет от 1 до 32 телекамер (ТК1, ТК2) с устройствами наведения (УН1, УН2) и оптическими блоками (ОБ1, ОБ2). В общем случае оптические блоки ОБ1, ОБ2 представляют собой набор объективов с различными оптическими системами, смена которых может производиться дистанционно. Промышленные телевизионные системы используют передающие трубки типа «видикон» разных марок. Устройства наведения УН1, УН2 – механического типа – могут поворачивать телевизионную камеру дистанционно по сигналам управления на угол в горизонтальной плоскости и на угол в вертикальной плоскости. Все электрические соединения телекамер между собой и с приемной частью выполнены с помощью распределительных коробок РК1 на передающей и РК2 на приемной сторонах. Соединяются эти коробки между собой магистральным коаксиальным кабелем МК1, по которому идут видеосигналы, импульсы синхронизации и развертки, кабелем управления КУ2, по которому передаются питающие напряжения, а также сигналы управления телекамерами и блоками. Типичная длина кабелей составляет 100–1000 м, с линейным усилителем ЛУ и дополнительными кабелями (МК3 и КУ4) до 5 км. На приемной стороне видеосигналы от распределительной коробки РК2 через центральный блок коммутации и управления БУ поступают на усилитель-распределитель УР, обеспечивающий электрическими сигналами все видеоконтрольные устройства ВКУ, количество которых может быть также различным (чаще 1–4). Видеоконтрольные устройства ВКУ1, ВКУ2 снабжены пультами управления ПУ1, ПУ2, часть которых сделана выносными, что позволяет управлять дистанционно режимом работы системы в целом.

Рис. . Структурная схема промышленной телевизионной установки

Типовые промышленные телевизионные системы обеспечивают 6–7 градаций яркости при освещенности 50–300 лк и четкости изображения около 500 линий в растре. Применение видиконов специального исполнения дает возможность использовать телевизионные методы в случае невидимых излучений (инфракрасные, рентгеновские). Телевизионные сигналы могут быть приведены к более удобному виду блоками вторичной обработки БВО.

Во многих случаях имеет смысл применять цветные телевизионные установки или проводить цветовое контрастирование изображения, что повышает достоверность контроля. Одной из существенных составляющих погрешности в толщинометрии является влияние нелинейности изображения вдоль экрана, создаваемой отклоняющими системами трубок. Для снижения этой погрешности выходной экран градуируют с помощью тест-объектов или координатных сеток, либо помещают их в зону контроля. Если известно предположительное направление дефектов, то следует располагать приемную телевизионную камеру так, чтобы строки были перпендикулярны этому направлению, поскольку при этом снижается вероятность пропуска дефектов. Телевизионные методы позволяют обнаруживать дефекты, минимальный размер которых равен

,

где – число строк или число элементов изображения в строке.

3.6.4 Применение телевизионной автоматики для оптического контроля объектов

Контроль размеров объектов может производиться в полуавтоматическом и автоматическом режимах различными способами. При этом погрешности измерений в обоих случаях зависят от выбранного способа контроля и в лучшем случае составляют несколько сотых долей процента. Полуавтоматические способы отличаются тем, что определение измеряемой величины производит оператор с помощью изображения на экране видеоконтрольного устройства. Автоматические методы предполагают получение измеряемой величины непосредственно автоматом в виде показания выходного индикатора, цифрового кода или других сигналов.

Контроль формы изделий и измерение геометрических размеров по изображению на экране видеоконтрольного устройства (полуавтоматический контроль) производятся следующими способами: с координатной сеткой или контрольной линейкой, полного или частичного измерения.

Способ полного измерения расстояния между краями или характерными точками изделия применяется для контроля крупногабаритных изделий или полуфабрикатов и состоит в том, что на видеоконтрольном устройстве добиваются совпадения этих точек с центром экрана путем поворота телекамеры. Измерив углы ее поворота относительно центрального положения ( и ) и зная расстояние от телекамеры до изделия , можно найти искомый размер:

,

проведя вычисления с помощью специального устройства. Погрешность известных полуавтоматов полного измерения для значений длин 2–60 м может составлять 3–50 мм, т. е. достигает 0,1 %.

Способы измерения частичного расстояния заключаются в определении не всего размера , а только его краевой части с двух сторон, т. е. фактически лишь приращения длины относительно постоянной базы . На рис. 3.4 показано расположение телекамер и изображение для двух вариантов применения этого способа. Естественно, если база известна с высокой точностью и достаточно стабильна, относительная погрешность измерений существенно снижается и определяется суммой абсолютных погрешностей измерения и установки базы. Реализация этого способа может производиться с использованием одной (рис. 3.4 а) или двух (рис. 3.4 б) камер и видеоконтрольных устройств. Измерив по экрану приращение размера относительно базы, можно найти ширину:

,

где – градуировочный коэффициент экрана видеоконтрольного устройства; – размер, считанный на экране.

Автоматическое измерение геометрических размеров телевизионными методами может производиться следующими способами: время-импульсное преобразование, оптическая дискретизация изображения и способ граничных токов.

а б

Рис. . Схемы телевизионных измерений размеров: а – одной телекамерой; б – двумя телекамерами (1 – контролируемый объект, 2 – устройство установки базы, 3 – телевизионные камеры, 4 – видеоконтрольное устройство, 5 – зеркала)

3.6.5 Принцип работы и схема интерферометра

Для решения задач неразрушающего контроля могут применяться интерферометры – стандартные измерительные приборы, распространенные в технике точных геометрических измерений. Они позволяют измерять различные геометрические размеры, в том числе толщины прозрачных покрытий, с погрешностью до 0,1 мкм, шероховатости и неровности на исследуемой поверхности такого же порядка. На рис. 3.5 а показана схема конструкции микроинтерферометра для контроля качества поверхности путем сравнения с эталоном поверхности, а на рис. 3.5 б – вид изображения в поле зрения интерферометра при наличии дефектов на поверхности (трещины и выступы).

а б

Рис. . Конструктивная схема интерферометра и интерференционная картина при наличии выступа и впадины

Источник света ИС (лампа накаливания, лазер) с помощью конденсора Л1 – Л2 формирует световой поток. Выделенная монохроматическим фильтром Ф и диафрагмой Д1 его часть попадает на полупрозрачное зеркало З4 и делится на два когерентных пучка. Один из пучков фокусируется на контролируемый объект КО, помещенный на предметный столик ПС, а другой – на поверхность эталонного зеркала З2. Отраженные лучи через микрообъективы МО1 и МО2 и полупрозрачное зеркало З1 попадают в окуляры Л3, Л4, содержащие ряд линз, и ограничивающую диафрагму Д2. Налагаясь в поле зрения, рабочий и эталонный световые потоки образуют интерференционную картину.

В случае плоских поверхностей объекта и эталона интерферограмма будет иметь вид параллельных светлых (потоки налагаются в фазе) и темных полос (фазы противоположны). Наличие кривизны и дефектов поверхности (трещин, впадин, царапин, рисок или наплывов, выступов, задиров и т. п.) контролируемого объекта приводит к появлению регулярно изменяющегося или местного изменения набега фазы отраженного светового потока, что ведет к искривлению линий интерференционной картины (рис. 3.5 б). Это позволяет обнаружить отклонение от плоскостности, дефекты и неровности поверхности и оценить их величину. Так, при освещении монохроматическим светом глубина (высота) неровности может быть оценена по выражению

,

где – изгиб, соответствующей интерференционной линии, а – интервал между интерференционными линиями.

Отношение оценивается оператором или рассчитывается после измерения соответствующих величин с помощью измерительной сетки или микрометрического винта интерферометра. Таким образом, легко изучаются микронарушения поверхности размером 0,1–1 мкм. Фокусируя на резкость интерференционные полосы последовательо на предельные точки дефекта или по глубине прозрачного контролируемого объекта, можно определять дефекты в виде рисок или трещин глубиной 20–100 мкм при ширине около 0,25 мкм.

Перемещение контролируемого объекта или эталонного зеркала приводит к смещению интерференционных полос, по которому можно находить абсолютные размеры элементов контролируемого объекта, толщину покрытий, глубину отверстий и т. д. с высокой точностью по отработанным стандартным методикам.

3.6.6 Методики голографического контроля

Для проведения оперативного контроля необходимо производить сравнение нескольких предметов или изменений, происходящих в одном и том же предмете. С этой целью разработаны различные методики голографического контроля. Чаще других контроль ведут путем получения интерференционной картины на испытуемом объекте (метод «живых полос») или методом двойной экспозиции (метод «замороженных полос»).

Если в область, где находится восстановленное изображение, поместить сфотографированный на голограмму предмет или ему подобный, то голографическое изображение и предмет ввиду точного совпадения световых волн будут казаться единым целым, имеющим повышенную яркость и контрастность. При совмещении голографического изображения изделия, имеющего номинальные параметры (контрольный образец), с испытуемым совпадение амплитуд и фаз в некоторых местах будет нарушено из-за отклонения его параметров от номинальных значений и на испытуемом изделии появятся интерференционные полосы, вызванные разностью хода когерентных световых лучей от голограммы и испытуемого объекта. Получаемая интерференционная картина зависит от конкретных отличий голографической копии контрольного образца и реального изделия, что позволяет легко и точно выявлять отклонения в испытуемом изделии от контрольного образца.