4. Інтерференційні методи неруйнуючого контролю виробів.

Світло поширюється у вигляді електромагнітних хвиль, тому параметри світла, наприклад освітленість в кожній точці простору неперервно змінюється.

Інтерференція світла - це сумування когерентних світлових потоків, при якому відбувається підсилення чи послаблення сумарного світлового потоку. Когерентними називаються хвилі, які зберігають постійну різницю фаз при взаємодії.

Хвилі, які мають в точці зустрічі різницю фаз , кратну парному значенню числа  співпадають по фазі:

=2к , (1.105)

де к= 0, 1, 2, 3,...

Амплітуди таких хвиль додаються і відбувається підсилення освітленості.

Якщо хвилі коливаються в різних фазах, тобто

=(2к +1) , к=0,1,2, , (1.106)

то вони взаємно гасяться і спостерігається темнота.

Характерною рисою інтерференційних методів об'єкта неруйнівного контролю є взаємодія двох потоків світла. До інтерференційних методів відносяться: інтерферометричний, дифракційний, фазоконтрастний, рефрактометричний, голографічний. Вони базуються на зміні енергії і фази вторинних потоків після взаємодії з об'єктом контролю, його елементами чи частинами. Оскільки величиною , яка визначає зміну фази, є довжина хвилі, інтерференційні методи забезпечують вимірювання і контроль параметрів об’єкта контролю до даної довжини хвилі. Звичайно похибка чи роздільна здатність такого роду апаратури має 0,1. У зв'язку з високою роздільною здатністю і чутливістю цих методів велику увагу слід звернути на постійність умов контролю, в т.ч. і параметрів зовнішнього середовища. Наприклад , наявність на шляху одного з світлових потоків газу із змінними оптичними властивостями (нагріте повітря, дим, пара, і ін.) чи температурні зміни розмірів деяких елементів апаратури можуть суттєво спотворювати результати контролю.

Інтерференційні методи успішно використовуються для високоточного вимірювання геометричних розмірів, фізико-хімічних властивостей (в першу чергу оптичних), рідше для дефектоскопії і контролю внутрішньої будови виробів.З метою неруйнівного контролю можуть використовуватись ін-терферометри - стандартні вимірювальні прилади, поширені в техніці точних геометричних вимірів.

Вони дозволяють вимірювати різні геометричні розміри, в т.ч. товщини прозорих покрить з похибкою до 0,1 мкм, шорсткість та нерівності на досліджуваній поверхні того ж порядку 0,1мкм. На рисунку ( 1.44 ) наведена схема мікроінтерферометра для контролю якості поверхні об'єкта контролю шляхом порівняння з еталоном поверхні - дзеркалом Дз₂. Світло від джерела ділиться напівпрозорим дзеркалом Дз₁ на 2 пучки (когерентні): один - до поверхні об’єкта контролю, другий - до дзеркала Дз_2. Відбиті пучки фокусуються лінзою Л₃ в площині діафрагми Дз_2, в якій з допомогою окуляра Л₄ спостерігають інтерференційну картину взаємодії еталонного і робочого пучків світла. При цьому спостерігають смуги інтерференцій , вони мають вид паралельних світлих (потоки сумуються в фазі) і темних смуг (фази протилежні). Наявність кривизни, дефектів поверхні (тріщини, впадини, виступи і т.п.) об'єкта контролю приводить до зміни фази відбитого світлового потоку, що приводить до викривлення ліній інтерференційної картини. При контролі поверхні великогабарит­них виробів спочатку знімають зліпок з його поверхні, який потім розміщують в кювету з імерсійною рідиною, яку розміщують в фокальній площині мікроінтерферометра і дальше досліджують звичайним способом. Цей метод контролю називають імерсійно-репліковий. Найбільша глибина дефектів, які вимірюються з допомогою мікроінтерферометрів, визначається і збільшенням мікрооб'єктива і лежить в межах від 0.1 до 1 мкм.

Глибину дефектів можна вимірювати інтерференційно-індикаторним методом. Інтерференційні смуги наводять на різкість послідовно на дно дефекта і на його край. Глибина дефекту визначається величиною фокусувального переміщення мікрооб'єктива. Цим методом можна вимірювати глибини 20  100 мкм.

Для дослідження поверхні з параметрами шорсткості R_z=3.280 мкм застосовують оптичний профілометр Коломійцева, який являє собою по­єднання мікроінтерферометра з подвійним мікроскопом.

У полі зору окуляру видно дві лінії, які представляються зображеннями щілини: одна від еталонного дзеркала, друга від об'єкт контролю. Якщо об'єкт контролю не плоский, то лінія (зображення щілини) від нього викривлена.

У режимі інтерферометра: вводиться в світловий пучок циліндрична лінза. При цьому в окуляр видно інтерференційні смуги, паралельні зображенню щілини. Про величину нерівностей судять за ступенем згину цих смуг.

Поверхні з малими нерівностями  0,002 мкм контролюють мето­дом багатократного відбивання променів, що називають методом багатопроменевої інтерферометрії. Між пластиною і об'єктом контролю виникає інтерференція багатократно відбитих променів. Картину інтерференції, локалізовану на поверхні пластинки, розглядають в мікроскоп.

1 – лампа ; 2 – конденсор ; 3 – світлофільтр ; 4 – діафрагма ; 5 – напівпрозоре дзеркало ; 6 – ОК ; 7,8 – об’єктиви ; 9 – еталонне дзеркало ; 10 – окуляр ; 11- око оператора .

Рис 1.44.-Схема мікроінтерферометра Лінника а) та інтерференційна картина в цого полі зору б) .

1 – окуляр , 2 - діафрагма польва , 3 – об'єктив , 4 - ртутна лампа , 5 – діафрагма , 6 - монохроматичний фільтр , 7 – конденсор , 8 - скляна пластина , 9 – об'єкт контролю .

Рисунок 1.45 - Схема багатопроменевого інтерферометра.

Прилад дозволяє спостерігати як смуги рівної товщини (при інтерференції в клині), так і смуги рівного нахилу (при інтерференції в плоскопаралельному шарі).

Розподіл яскравості смуг в багатопроменевому інтерферометрі відрізняється від синусоїдального, властивого двопроменевим схемам. Смуги значно вужчі, що визначається коефіцієнтом відбивання порівню­ваних поверхонь. При коефіцієнті відбивання   0,94 розподіл яскравості смуги майже прямокутний.

Для контролю шорсткості поверхні використовується ще прилад –інтерференційний мікроскоп порівняння Саркіна.

Даний оптичний компаратор дозволяє одночасно бачити дві інтерференційні картини, одна з яких формується виробом, а друга - еталоном шорсткості (поверхня того ж типу, що і контрольована). Про якість зразка судять за ступенем відмінності обох інтерференційних картин.

1 – окуляр , 2 - фокальна площина окуляра , 3 - об’єктив , 4 - еталонна поверхня , 5 – повертаючі призми , 6 – освітлювачі , 7 – досліджувана поверхня , 8 – дзеркальна призма, 9 – склеєні призми.

Рисунок 1.46. - Інтерференційний мікроскоп порівняння Саркіна.