实时全息干涉计量术简称实时法,又称即时法。具有实时、全场、灵敏、非接触、非破坏、精度高等特点。
基本原理
用全息照相记录物体未变形时的散射光的波阵面。将全息底片显影,就得到全息图。若把全息图放在原来曝光时的位置并精确复位,再用拍摄时的参考光照射它,就能再现物体原来发射的光波波阵面。这时,如果物体仍处于原来的位置,用激光照明时,由全息图再现的光波波阵面,将和物体的散射光的波阵面完全重叠,值得注意的是,由全息图再现的光波波阵面是已固定在全息图中的“死”波阵面;而直接由物体散射的物光,其波阵面却随物体的变形(有位移或有应力)而变化,因而是一种“活”的波阵面。如果物体的变形很微小,则由于这两个波阵面相互干涉的结果,将产生一组干涉条纹图。物体表面位移每有变化,可变的波阵面即随着改变,便可观察到干涉条纹图的变化。因此,通过观察表征物体的变形或位移的干涉条纹图的变化,可实时观察到物体出现的任何微小的变化。
特点
具有实时、全场、灵敏、非接触、非破坏、精度高等特点。
实时全息干涉法的优点是利用一张全息照片可以重复观测物体变化的过程。如果一次观测不清楚,还可以再来一次。缺点是底片的楮确复位比较困难。但在大多数情况下,用此法与双曝光全息干涉法相互补充,可节省大量的时间和底片。
具体实现原理
如图1所示,激光束经分束镜后分成两路, 反射的为参考光束, 经M1反射后再经透镜L1扩束, 经针孔后以Ur 的参考光束射向全息底片H。另一路光束镜光束镜组LO 后准直, 以UO 物光束照明工件O , 最后射向全息底片H, 在H 位置形成被测物表面反射的全息图。全息图经显影后正确复位, 在观察屏S 上可以实时观察干涉条纹, 干涉条纹的对比度C 可用下式表示:
式中, K = exp(iφ/λR); ρ为物光与参考光光强之比;σ为表面粗糙度的均方根植; Φ为物光与参考光的位相差; R 为被测表面中心至观察屏S 的距离。
用电视摄像机或光电扫描测出干涉条纹的强度分布, 求出输出光强的极大值与极小值, 则可以用
C = ( Imax - Imin )/( Imax + Imin) 求出对比度C, 然后用式(1)计算出表面粗糙度的均方根值R。式(1) 是在假设光源具有良好的空间与时间相干性的条件时得出的对比度与表面粗糙度的关系式。实际应用中, 在表面粗糙度的均方根值在0.05μm~ 0.8μm 范围时, 式(1) 有较高的准确度。由于实时法是一种单波长的测量, 其缺点是粗糙度的均方根值R 必须小于所采用的波长, 这样就限制了这种方法的适用范围。为了克服这个缺点, 张晓青等提出了双波长全息干涉术( two-wavelength holographic interferometry, 称简TW H I) , 它是实时法的一种扩展形式。由于双波长全息干涉术利用激光器发出两个或两个以上不同的波长对物体拍摄全息干涉图, 相当于用一个等效波长对物体进行干涉测量, 故扩大了测量范围。