Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
34 і а)
'базовий детектор
Счетчик полос
Рис. 13.8. Интерферометр для измерения линейных расстояний на постоянном токе:
1 поляризационный светоделитель; 2 — поляризатор, поворачивающий плоскость поляризации на угол —-15'; 3 — светоделитель; 4 — поляризатор, поворачивающий плоскость поляризации на угол +45°
правление движения определяется отставанием или опережением сигнала А относительно сигнала В в фазовом детекторе и соответственно направлением счета полос. При перемещении отражателя' на величину х, число полос изменяется на
Д:
(13.42)
где квадратные скобки обозначают целую часть аргумента. Небольшая доработка фазового детектора позволяет увеличить его разрешающую способность в 2—4 раза. При этом, однако, возрастает чувствительность к изменениям уровня освещенности, так как порог соответствует постоянному уровню, хотя в принципе можно реализовать систему, отслеживающую интенсивность источника. Более серьезной является необходимость наблюдения одиночной интерференционной полосы, так как наличие многополосной картины может снизить контрастность в точке, в которой происходит детектирование, до значений, выходящих за пределы диапазона дискриминаторов. Такая ситуация может иметь место, если один из оптических путей проходит через области турбулентности или механической нестабильности.
На рнс. 13.9 приведена схема замещения переменным током. Свет стабилизированного лазерного источника здесь подвергнут с помощью аксиального магнитного поля зееманову разделению па составляющие с двумя частотами f\ и f2 [4]. Они имеют круговую полярнзацшо в противоположных направлениях и разность частот в несколько мегагерц. Такой тип источника может быть реализован и на одночастотно.м лазере с внешней вращающейся полуволповон її неподвижной четвертьволновой пластнпами, однако при этом разность частот из-за механического вращения будет значительно меньше, если только вращение не имитируется элект-рооитпчеекпм путем [18J. Детектирование несущего сигнала осуществляется в канале А', Поляризационный светоделитель направляет составляющую с частотой f\ в эталонное, а с частотой /г в из- мерительное плечи. После двухкратного прохождения через четвертьволновую пластину пучки смешиваются и детектируются в канале В'. Если уголковый отражатель перемещается, то несущие сигналов в каналах А' и В' испытывают доплеровское смещение на частоту
Д/=2Х//-2,
(13.43)
где і — скорость движения уголкового отражателя; /.2 — длина волны, соответствующая f2. Контролируя частоту электронным частотометром, снова получим изменение числа полос
2х
Д:
(13.44)
Существенной особенностью этого метода является то, что счет полос осуществляется на переменном токе, не подверженном постоянному смещению. Отметим проходные емкости, указанные на рис. 13.9. Частоту сигналов можно легко увеличить, повышая тем самым разрешающую способность. Сглаживание и усреднение данных может быть выполнено путем раздельного сбора данных о частотах каналов А' и В' с помощью микропроцессора [6], который, кроме того, позволяет подсчитать скорость перемещения и определить необходимую коррекцию влияния расширения материалов и изменения длины волны под воздействием окружающих условий и выдать результаты на дисплей.
Такой интерферометр можно использовать для угловых измерений при условии, что эталонная и контрольная ветви параллельны и разведены на известное расстояние. Другие случаи метрологического применения интерферометров в оптических цехах реализуются с использованием дополнительных оптических устройств.
Если поляризованный светоделитель, показанный на рнс. 13.8 и 13.9, перекрывает апертуру коллиматора в интерферометре с пло-
г; k і- /
U ч \ / Z A f2 — U
Схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.
/ Дисплеи
CvemvUK лолос
ю
А' В'
а)
Рнс. 13.9. Интерферометр для измерения линейных расстояний на переменном токе^
J- светоделитель; 2 — поляризационный светоделитель; 3, 4 — поляризатор, поворачивающий плоскость поляризации па угол 45° ским зеркалом в его эталонной ветви, сканирование узкого протяженного источника в пределах апертуры обеспечивает получение профиля поверхности или формы волнового фронта непосредственно па экране дисплея. Это достигается измерением расстояния каждой точки относительно параксиального центра. Очевидно, что профиль также содержит погрешности промежуточных оптических деталей, которые можно устранить вычитанием эталонного волнового фронта или эталонной поверхности. Такая методика весьма полезна для топографирования асферических поверхностей при условии, что падающий пучок света уже минимального промежутка между полосами в пределах апертуры, и точка отсчета по отношению к параксиальной фазе не изменяется в процессе сканирования.
13.6. сканирование муаровой картины
До сих пор сканирование обсуждалось для случая модулирования или смещения интерференционной картины путем изменения длины хода в интерферометре. Картина, однако, может состоять из муаровых полос, так как метод детектирования не накладывает ограничений на процесс образования полос за исключением того, что они должны быть периодическими по отношению к некоторому контролирующему параметру. Если в случае контроля двухмерной интерференционной картины плотность полос превышает плотность детектора так, что теорема Котельникова нарушается, детектируемое поле представляет собой не что иное, как муаровую картину (см. п. 12.5).
