ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕПЛОСКОСТНОСТИ КОЛЬЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Полезная модель относится к области оптического приборостроения и может быть использована в технологических целях для контроля неплоскостности поверхности полированных графитовых и металлических деталей с различными типами покрытий: хромомолибденовых, азотированных и других.
Прототипом является голографический интерферометр (см.Оптический производственный контроль М., изд. Машиностроение, 1985 г., под ред. Д. Малакары, с. 299), содержащий источник излучения (лазер), светоделитель для формирования опорной и объектной ветвей, систему зеркал в опорной ветви, объектив в объектной ветви между светоделителем и контролируемой зоной (деталью) и узел регистрации голограммы.
Недостатком голографического интерферометра при получении голографической интерферограммы контролируемой поверхности является то, что необходимо использовать эталонную голограмму и освещать ее на стадии восстановления волновых фронтов как опорной, так и объектной волной, отраженной от контролируемой поверхности.
За счет этого усложняется техника оптического контроля, усложняется юстировка и настройка голографического интерферометра, не компенсируются аберрации оптической системы.
В таком варианте голографический интерферометр практически непригоден для контроля неплоскостности поверхностей, имеющих кольцевую форму, что ограничивает его технологические возможности.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение технологических возможностей голографического интерферометра при контроле кольцевых поверхностей, изготовленных из металлических и графитовых материалов, а также поверхностей, имеющих различные типы покрытий, применяемых при создании кольцевых уплотнителей различного назначения.
Технический результат достигается тем, что в голографический интерферометр для контроля неплоскостности кольцевых поверхностей, содержащий оптически связанные лазер, коллиматор, светоделитель для разделения лазерного пучка на объектный пучок и первый опорный пучок, зеркало первого опорного пучка проекционный объектив, рабочую зону и узел регистрации голограммы, согласно предлагаемой полезной модели, введены оптически связанные между собой система зеркал второго опорного пучка, экранирующая шторка, имеющая отверстие в центре и размещенная с возможностью вывода из объектного пучка, и непрозрачная шторка, размещенная в первом опорном пучке, при этом система зеркал второго опорного пучка установлена между рабочей зоной и узлом регистрации голограммы, экранирующая шторка установлена между проекционным объективом и рабочей зоной, а непрозрачная шторка установлена перпендикулярно оптической оси между светоделителем и зеркалом первого опорного пучка с возможностью вывода ее из первого опорного пучка при регистрации голограммы, причем диаметр зеркал второго опорного пучка равен диаметру отверстия экранирующей шторки, проекционный объектив установлен с возможностью построения изображения контролируемой детали в обратном ходе рассеянных на ее поверхности световых лучей размером, равным диаметру второго опорного пучка, а диаметр непрозрачной шторки равен диаметру зеркала первого опорного пучка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная схема оптической системы предлагаемого голографического интерферометра, на фиг. 2 приведена интерферограмма контролируемой металлической детали (кольца-уплотнителя), а на фиг. 3 проиллюстрирована топограмма ее волновой поверхности.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - лазер,
2 - коллиматор,
3 - светоделитель,
4 - проекционный объектив,
5 - экранирующая шторка,
6 - рабочая зона для установки контролируемой детали,
7 - первое зеркало второго опорного пучка,
8 - второе зеркало второго опорного пучка,
9 - третье зеркало второго опорного пучка,
10 - узел регистрации голограммы,
11 - непрозрачная шторка,
12 - зеркало первой опорного пучка.
об.
оп.1
Голографический интерферометр для контроля неплоскостности кольцевых поверхностей содержит оптически связанные лазер 1, коллиматор 2, светоделитель 3 для разделения лазерного пучка на объектный пучок W и первый опорный пучок W, зеркало 12 первого опорного пучка проекционный объектив 4, рабочую зону 6 для установки контролируемой детали и узел 10 регистрации голограммы.
оп.2
об
оп.1
оп.2
оп.1
оп.1
оп.2
оп.2
оп.1
Отличием предлагаемого голографического интерферометра является то, что введены оптически связанные между собой система зеркал второго опорного пучка W, содержащая первое зеркало 7, второе зеркало 8 и третье зеркало 9, экранирующая шторка 5, имеющая отверстие в центре и размещенная с возможностью вывода из объектного пучка W, и непрозрачная шторка 11, размещенная в первом опорном пучке W, при этом система зеркал второго опорного пучка W установлена между рабочей зоной 6 и узлом 10 регистрации голограммы, экранирующая шторка 5 установлена между проекционным объективом 4 и рабочей зоной 6, а непрозрачная шторка 11 установлена перпендикулярно оптической оси между светоделителем 3 и зеркалом 12 первого опорного пучка W с возможностью вывода ее из первого опорного пучка W при регистрации голограммы, причем диаметр зеркал 7, 8, 9 второго опорного пучка W равен диаметру отверстия экранирующей шторки 5, проекционный объектив 4 установлен с возможностью построения изображения контролируемой детали в обратном ходе рассеянных на ее поверхности световых лучей размером, равным диаметру второго опорного пучка W, а диаметр непрозрачной шторки 11 равен диаметру зеркала первого опорного пучка W.
Принцип действия предлагаемого голографического интерферометра заключается в следующем.
об.
оп.1
об.
Когерентное излучение от лазера 1 вводится в коллиматор 2. На выходе коллиматора формируется коллимированный пучок световых лучей. С помощью светоделительной пластины 3 пучок делится на объектный пучок W и первый опорный пучок W. Эти пучки поступают в объектную и опорную ветви интерферометра. Объектный пучок W проходит проекционный объектив 4 и освещает контролируемую кольцевую поверхность детали, расположенной в рабочей зоне 6. При этом шторка 5 с отверстием в центре выведена из объектного пучка. Отраженные от кольцевой поверхности световые лучи в обратном ходе попадают в апертуру объектива 4, который строит изображение в плоскости узла 10 регистрации голограммы с необходимым масштабом изображения.
оп.2
оп.2
Вторая часть светового пучка объектной ветви, прошедшая кольцевую поверхность, с помощью системы зеркал 7, 8 и 9 направляется в плоскость узла 10 регистрации голограммы. Этот пучок будет выполнять роль второго опорного пучка W. По форме пучок W может быть слаборасходящимся или коллимированным пучком. Для получения коллимированного пучка дополнительно вводят объектив, передняя фокальная плоскость которого должна совпадать с задней фокальной плоскостью объектива 4.
оп.2
Проекционный объектив 4 должен строить изображение контролируемой детали в плоскости узла 10 регистрации голограммы размером равным диаметру второго опорного пучка W.
оп.1
Первый опорный пучок W (при выведенной из пучка шторки 11) достигает зеркала 12 и, отразившись от него, поступает в плоскость узла 10 регистрации голограммы.
Для контроля неплоскостности кольцевых поверхностей в предлагаемом интерферометре голограмму получают двухэкспозиционным методом.
оп.1
об.
оп.1
оп.2
За время первой экспозиции в первой опорной ветви интерферометра непрозрачная шторка 11 выведена из опорного пучка W. В объектном пучке W шторка 5, с отверстием в центре, установлена перед контролируемой деталью. При таком расположении шторок 11 и 5 в плоскости узла 10 регистрации голограммы интерферируют два опорных пучка W и W.
об
оп.2
За время второй экспозиции в первой опорной ветви шторка И установлена перед зеркалом 12. В объектной ветви шторка 5, с отверстием в центре, выведена из объектной ветви. При этом в плоскости узла 10 регистрации голограммы интерферируют объектный W и второй опорный W световые пучки.
оп.2
При реконструкции волновых фронтов с голограммы ее просвечивают только вторым опорным пучком W, падающим на голограмму под углом, равным углу голографирования. Восстановленные  и  при наложении образуют голографическую интерферограмму, характеризующую неплоскостность кольцевой поверхности.
Реализация двухэкспозиционного метода записи голограммы при контроле неплоскостности кольцевых поверхностей, изготовленных из различных материалов (металл, графит и др.), сохраняет достоинства метода голографической интерферометрии: компенсацию аберраций оптической системы и исключение влияния локальных дефектов на качество контролируемого волнового фронта.
Экспериментальная апробация предлагаемого голографического интерферометра показала его работоспособность.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит расширить технологические возможности голографического интерферометра при контроле кольцевых поверхностей, изготовленных из металлических и графитовых материалов, а также поверхностей, имеющих различные типы покрытий, применяемых при создании кольцевых уплотнителей различного назначения.