зеркальные элементы различной формы, клинья, многогранные барабаны, линзы, призмы, совершающие вращательное, колебательное или возвратно-поступательное движение. Наличие подвижных механических систем, повышенная сложность и малая надежность при длительной эксплуатации являются недостатками этих устройств.

Остальные системы просты, надежны и обеспечивают четкость изображения. Сканирование осуществляется по изменяющейся траектории электронным способом.

2.5. Оптический контроль, использующий волновую природу света

Интерференционные методы контроля качества. Отличи-

тельной чертой этих методов является взаимодействие двух потоков света. Интерференционные методы обеспечивают измерение, и контроль параметров объектов до долей длины волны. Обычно разрешающая способность такой аппаратуры составляет 0,1λ. Для целей неразрушающего контроля могут применяться интерферометры – стандартные измерительные приборы, распространенные в технике точных геометрических измерений. Они позволяют измерять различные геометрические размеры, в том числе толщины прозрачных покрытий, с погрешностью 0,1 мкм, шероховатость и неровности на исследуемой поверхности такого же порядка. На рис. 2.4 показана схема интерферометра для контроля качества поверхности объекта путем сравнения с эталоном поверхности.

Источник света ИС (лазер) с помощью конденсора Л1–Л2 формирует световой поток. Выделенная монохроматическим фильтром Ф и диафрагмой Д1 его часть попадает на полупрозрачное зеркало З1 и делится на два когерентных пучка. Один из пучков фокусируется на контролируемый объект КО, помещенный на предметный столик ПС, а другой – на поверхность эталонного зеркала З2. Отраженные лучи через микрообъективы МО1 и МО2 и полупрозрачное зеркало З1 попадают в окуляр Л3 и Л4, содержащий ряд линз и ограничивающую диафрагму Д2. Налагаясь в поле зрения, рабочий и эталонный световые потоки образуют интерференционную картину. Пример такой картины при наличии дефектов на рабочей поверхности представлен на рис. 2.5.

Голографические методы. Уникальные свойства лазерного излучения сделали реальным применение голографических методов в неразрушающем контроле.

30

Голографические методы оказались эффективными для проведения неразрушающего контроля в следующих случаях:

1.Контроль геометрических размеров, оптических свойств и обнаружение дефектов у высококачественных полуфабрикатов и изделий путем сравнения с эталоном. Требование высококачественности объекта предполагает высокую точность изготовления и чистоту обработки поверхности, так как отличие от эталона на четверть длины волны искажает голографическую картину.

2.Анализ микроперемещений и изменений участков деталей во времени. Такой анализ проводится путем сравнения сделанной ранее голограммы с его настоящим состоянием. При этом удается обнаружить необратимые изменения в виде микротрещин и усталостных изменений.

3.Контроль изделий в динамических режимах, вызванных механическим нагружением, нагревом или вибрационными нагрузками.

Вэтих случаях происходит изменение геометрии изделия и проводится сравнение нового состояния изделия с его прежним голографическим изображением. Таким методом контролируют сосуды, мембраны, однослойные и многослойные изделия ответственного назначения и т.д. При нагружении изделия в областях, ослабленных дефектом, деформация оказывается несколько большей, что приводит к искажению интерференционных линий (рис. 2.6).

4.Контроль качества прозрачных и полупрозрачных объектов, трудно отличимых от фона.

5.Изучение микроструктуры поверхности изделий. Низкое качество поверхности по сравнению с эталоном приводит к ухудшению четкости голограммы.

Лазерные методы контроля. Принцип действия приборов лазерной оптической дефектоскопии основан на использовании различных эффектов взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Приборы регистрируют изменения оптических характеристик объектов контроля. Лазерная дефектоскопия базируется на использовании основных свойств лазерного излучения – монохроматичности, когерентности и направленности.

Принцип определения поверхностных дефектов с помощью лазерных дефектоскопов заключается в следующем. Поверхность, свободная от дефектов, дает определенную плотность распределения рассеяния, причем вид этого рассеяния примерно одинаков для каждой точки поверхности. Дефекты поверхности изменяют вид распре-

32

деления рассеяния излучения. Разные виды дефектов приводят к различному изменению плотности распределения пучка рассеянного излучения.

аб

Рис. 2.6. Голографическая интерферограмма при наличии дефекта:

а – до нагружения, б – после нагружения

Для определения поверхностных дефектов протяженных объектов применяют сканирование его поверхности лазерным лучом, изменение положения которого в пространстве может осуществляться, например, с помощью вращающихся или вибрирующих зеркал. В типовой схеме контроля протяженных объектов (лента бумаги, полимерная пленка, листы стального проката) с помощью зеркального барабана производится сканирование изделия по строкам в направлении, перпендикулярном к его перемещению. Сканирование по длине изделия происходит за счет его собственного движения. Частота строчного сканирования определяется минимально обнаруживаемыми дефектами. Излучение лазера после отражения от объекта направляется оптической системой на фотоумножитель, преобразуется в электрический сигнал и поступает на блок электронной обработки сигнала [8].

Схему лазерного сканирующего микроскопа – зонда можно использовать для регистрации не отраженного от объекта излучения лазера, а возбужденного им в полупроводнике фотоэлектрического эффекта (фотоответ).

Контрольные вопросы

1. В чём заключаются основные преимущества и недостатки методов

ВОК?

33

2.Что понимается под видимостью объекта и от каких факторов она зависит?

3.Что такое острота зрения? Какие факторы влияют на остроту зрения?

4.От чего зависит разрешающая способность глаза?

5.Как классифицируются приборы ВОК?

6.Чем ограничивается минимальный размер дефекта, обнаруживаемого невооруженным глазом в качестве единичного?

7.Дефекты какого цвета выявляются в первую очередь? В последнюю

очередь?

8.Из каких основных элементов состоят оптико-электронные системы контроля?

9.От каких факторов зависит достоверность ВОК?

10.В чем заключается принцип определения дефектов с помощью лазерного дефектоскопа?

11.Какова область применения голографической интерферометрии?

34