оптическое устройство для измерения перемещений поверхностей объектов контроля

Формула изобретения

Оптическое устройство для измерения перемещений поверхностей объектов контроля, содержащее оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, фотоприемное устройство для регистрации интенсивности оптического поля в заданной области интерферограммы и преобразователь, предназначенный для определения перемещений поверхности объекта контроля по результатам измерения интенсивности оптического поля в заданной области интерферограммы и регистрации полученного результата, отличающееся тем, что объект контроля размещен после оптической системы, которая фокусирует излучение на его поверхность в виде светящейся точки, светоделитель, отражатель и фотоприемное устройство жестко закреплены на общем основании, снабженном механизмом перемещения, выполненным с возможностью увеличения расстояния между поверхностью объекта контроля и внешней поверхностью светоделителя при увеличении диапазона измеряемых перемещений и уменьшения расстояния между поверхностью объекта контроля и внешней поверхностью светоделителя при уменьшении диапазона измеряемых перемещений.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники, а именно к оптическим устройствам, основанным на использовании интерференционных методов, для бесконтактного измерения перемещений поверхностей объектов контроля (например, конструкций, зданий, сооружений и т.п.).

Известны оптические устройства для измерения перемещений поверхностей объектов контроля, основанные на использовании интерференционных методов, например, предложенные в работе: Батракова А.С., Бутусова М.М., Гречки Г.П. и др. Лазерные измерительные системы / Под ред. Д.П.Лукьянова. - М.: Радио и связь, 1981. - 456 с., содержащие оптически связанные и последовательно размещенные источник когерентного оптического излучения, оптическую систему, светоделитель, отражатель, закрепленный на поверхности объекта контроля, фотоприемное устройство для регистрации интенсивности оптического поля в заданной области интерферограммы и преобразователь, обеспечивающий соответствие измеренного значения интенсивности перемещению поверхности объекта контроля и регистрацию полученного результата.

Существенным недостатком отмеченных технических решений является ограничение их функциональных возможностей, обусловленное малым (порядка миллиметра) диапазоном измеряемых значений перемещений поверхности объекта контроля, т.к. отражатель жестко закреплен на поверхности объекта контроля, при этом расстояние между его внешней поверхностью и внутренней поверхностью светоделителя для получения интерференционной картины будет незначительным (порядка миллиметра), а следовательно, и перемещение поверхности объекта контроля в направлении внутренней поверхности светоделителя не может превышать этого значения перемещения, иначе происходит опирание отражателя на светоделитель и разрушение измерительного устройства в процессе проведения измерений. К недостаткам описанных технических решений также относится искажение результатов измерений светоделителем, жестко закрепленным на поверхности объекта контроля, который, не являясь частью исследуемого объекта контроля, влияет на результаты измерений перемещений его поверхности.

По совокупности признаков наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является измеритель перемещений с объемной голограммой, предложенный в описании изобретения к патенту РФ № 2169348 от 28.09.1999 г. (заявка № 99120531.28 от 28.09.1999 г., опубл. 20.06.2001 г., Бюл. № 17, МКИ⁷ G01В 9/021, G01С 22/00), содержащий оптически связанные и последовательно размещенные точечный источник когерентного излучения, оптическую систему, светоделитель, формирующий опорный и предметный световые потоки, отражатель, жестко закрепленный на поверхности объекта контроля, и фотоприемное устройство.

Существенным недостатком описанного технического решения является ограничение его функциональных возможностей, обусловленное малым (порядка миллиметра) диапазоном измеряемых значений перемещений поверхности объекта контроля, т.к. отражатель жестко закреплен на поверхности объекта контроля, при этом расстояние между его внешней поверхностью и внутренней поверхностью светоделителя для получения интерференционной картины будет незначительным (порядка миллиметра), а следовательно, и перемещение поверхности объекта контроля в направлении внутренней поверхности светоделителя не может превышать этого значения перемещения, иначе происходит опирание отражателя на светоделитель и разрушение измерительного устройства в процессе проведения измерений. К недостаткам данного технического решения также относится искажение результатов измерений светоделителем, жестко закрепленным на поверхности объекта контроля, который, не являясь частью исследуемого объекта контроля, влияет на результаты измерений перемещений его поверхности.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является расширение функциональных возможностей оптических устройств для измерения перемещений поверхностей объектов контроля за счет увеличения диапазона измеряемых значений перемещений.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона измеряемых значений перемещений объект контроля размещен после оптической системы, которая фокусирует излучение на его поверхность в виде светящейся точки, светоделитель, отражатель и приемное устройство жестко закреплены на общем основании, снабженном механизмом их перемещения вдоль оптической оси, при этом расстояние между поверхностью объекта контроля и внешней поверхностью светоделителя соответствует диапазону измеряемых значений перемещений поверхности объекта контроля.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено предлагаемое оптическое устройство для измерения перемещений поверхностей объектов контроля, на фиг.2 представлена зависимость изменения чувствительности Т предлагаемого устройства от расстояния R между поверхностью объекта контроля и внешней поверхностью светоделителя, полученная экспериментально.

Оптическое устройство для измерения перемещений поверхностей объектов контроля содержит оптически связанные и последовательно размещенные источник 1 когерентного оптического излучения, оптическую систему 2, объект контроля 3 с поверхностью 4, общее основание 5, на котором жестко закреплены светоделитель 6, отражатель 7 и фотоприемное устройство 8, а также преобразователь 9.

Основание 5 снабжено механизмом 10 для его перемещения вдоль оптической оси между поверхностью 4 объекта контроля 3 и внешней поверхностью светоделителя 6.

Оптическая система 2 фокусирует излучение на поверхность 4 объекта контроля 3 в виде светящейся точки 11.

Светоделитель 6, отражатель 7 и фотоприемное устройство 8 жестко закреплены на основании 5 в фиксированных положениях друг относительно друга.

Преобразователь 9 электрически связан с фотоприемным устройством 8 и предназначен для определения перемещений поверхности 4 объекта контроля 3 по результатам измерения интенсивности оптического поля в заданной области интерферограммы фотоприемным устройством 8, а также для регистрации полученных результатов измерений перемещений.

Предлагаемое техническое решение работает следующим образом.

Перед началом испытаний объекта контроля 3, а соответственно, и измерений перемещений его поверхности 4, априорно определяют диапазон возможных значений перемещений, возникающих при проведении испытаний. И далее, размещают основание 5 с закрепленными на нем светоделителем 6, отражателем 7 и фотоприемным устройством 8 при помощи механизма 10 на расстоянии R между поверхностью 4 объекта контроля 3 и внешней поверхностью светоделителя 6, соответствующем данному диапазону изменения перемещений. Это может быть выполнено с использованием зависимости изменения чувствительности Т предлагаемого устройства от расстояния R между поверхностью 4 объекта контроля 3 и внешней поверхностью светоделителя 6, полученной экспериментально при метрологическом обслуживании (см. фиг.2). При увеличении диапазона измеряемых перемещений расстояние R увеличивают, при уменьшении диапазона измеряемых перемещений расстояние R уменьшают путем соответствующего изменения положения основания 5.

Оптическая система 2 фокусирует излучение от источника 1 на поверхность 4 объекта контроля 3 в виде светящейся точки 11, которая в свою очередь, является точечным источником излучения, расположенным на поверхности 4 объекта контроля 3.

Далее, излучение от светящейся точки 11 попадает на светоделитель 6, который его разделяет на два луча: один луч отражается от поверхности самого светоделителя 6, а другой - от поверхности отражателя 7.

Пространственное совмещение этих лучей происходит в области размещения фотоприемного устройства 8 - в области наблюдения интерференционной картины.

Фотоприемное устройство 8 регистрирует интенсивность оптического поля в заданной области интерференционной картины, а преобразователь 9, электрически связанный с ним, определяет перемещение поверхности 4 объекта контроля 3 по результатам измерения интенсивности оптического поля фотоприемным устройством 8, а также регистрирует полученные результаты измерений перемещений.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей оптических устройств для измерения перемещений поверхностей объектов контроля за счет увеличения диапазона измеряемых значений перемещений.

Заявляемое техническое решение, сохраняя положительные качества приведенных в описании аналогов, отличается по сравнению с ними расширением функциональных возможностей оптических устройств, основанных на использовании интерференционных методов, для измерения перемещений поверхностей объектов контроля за счет увеличения диапазона измеряемых значений перемещений и может быть применено в процессе высокоточных измерений перемещений поверхностей объектов испытаний и контроля при проведении экспериментальных исследований, диагностике и оценке их технического состояния, исследовании акустико-эмиссионных процессов в твердых телах, исследовании волновых процессов в сложных слоистых конструкциях и конструкциях, выполненных из анизотропных конструкционных материалов в машиностроении, судостроении, авиастроении и т.д.