DE69212643T2 - Device and method for performing electronic shearography - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der zerstörungsfreien Prüfung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die elektronische Shearografie, die Interferenzmuster produziert, welche durch seitlich versetzte Bilder eines Objekts erzeugt werden.The invention relates to the field of non-destructive testing. In particular, the invention relates to electronic shearography, which produces interference patterns created by laterally offset images of an object.

Bei den frühen Systemen auf Laserbasis zur zerstörungsfreien Prüfung wurde die Holografie benutzt, bei der man einen Strahl, welcher von dem Prüfobjekt reflektiert wird, mit einem Referenzstrahl interferieren läßt. Beispiele von Patenten, welche holografische Systeme durch Durchführung dieser Prüfung zeigen, sind die US-A-3 828 126 und die US-A-4 304 458. Der Hauptnachteil der Holografie besteht darin, daß sie definitionsgemäß einen Objektstrahl und einen Referenzstrahl verlangt. Weil diese beiden Strahlen benötigt werden, ist die optische Anordnung relativ komplex. Darüber hinaus ist ein holografisches System für Vibration besonders empfindlich. Aus diesen Gründen ist die Holografie hauptsächlich im Labor benutzt worden und hat sich nicht als eine zufriedenstellende Technik zum Inspizieren von hergestellten Teilen in einer Fabrikumgebung herausgestellt.Early laser-based non-destructive testing systems used holography, which involves causing a beam reflected from the object under test to interfere with a reference beam. Examples of patents showing holographic systems performing this test are US-A-3,828,126 and US-A-4,304,458. The main disadvantage of holography is that it requires, by definition, an object beam and a reference beam. Because these two beams are required, the optical arrangement is relatively complex. In addition, a holographic system is particularly sensitive to vibration. For these reasons, holography has been used primarily in the laboratory and has not proven to be a satisfactory technique for inspecting manufactured parts in a factory environment.

Die Technik der Scherinterferometrie oder "Shearograpfie" ist als eine bevorzugte Alternative zur holografischen Interferometrie anerkannt worden. Bei der Shearografie gibt es keinen separaten Referenzstrahl. Statt dessen werden zwei Bilder desselben Objekts zum Interferieren gebracht, wobei ein Muster gebildet wird, das aufgezeichnet werden kann. Ein erstes Shearogramm wird gebildet, während das Objekt in einem unbeanspruchten Zustand ist, und ein weiteres Shearogramm wird gebildet, während das Objekt beansprucht ist. Ein Vergleich der beiden Shearogramme kann Information über die Spannungskonzentrationen (und damit über den Festigkeitsverband) des Objekts liefern.The technique of shear interferometry or "shearography" has been recognized as a preferred alternative to holographic interferometry. In shearography, there is no separate reference beam. Instead, two images of the same object are caused to interfere, forming a pattern that can be recorded. A first shearogram is formed while the object is in an unstressed state, and another shearogram is formed while the object is stressed. A comparison of the two shearograms can provide information about the stress concentrations (and hence the strength bond) of the object.

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Benutzen der Shearografie bei der zerstörungsfreien Prüfung vorgeschlagen worden, z.B. in der US-A-4 139 302. In dem letztgenannten Patent erfolgt das Verscheren ("shearing") durch ein keilförmiges Prisma, welches längs eines Teils eines Objektivs liegt. Die Lichtstrahlen, die durch das Prisma hindurchgehen, werden relativ zu denjenigen verlagert, die nicht durch das Prisma hindurchgehen. Auf diese Weise produziert das System zwei seitlich verscherte interferierende Bilder des Objekts.Various methods for using shearography in non-destructive testing have been proposed, e.g. in US-A-4 139 302. In the latter patent, the shearing is done by a wedge-shaped prism that lies along part of an objective lens. The light rays that pass through the prism are displaced relative to those that do not pass through the prism. In this way, the system produces two laterally sheared interfering images of the object.

Die Vorrichtung, die in dem letztgenannten Patent (und in anderen vergleichbaren Druckschriften) gezeigt ist, produziert zwar akzeptable Resultate, sie ist jedoch nicht in der Lage, Interferenzmuster in "Echtzeit" zu erzeugen. Die erzeugten Interferenzmuster müssen auf einem fotografischen Film mit hoher Auflösung aufgezeichnet werden. Zum Erzielen eines Shearogramms muß man warten, bis der Film entwickelt ist, und muß man Chemikalien zur Filmentwicklung benutzen. Ein System auf Filmbasis kann daher nicht benutzt werden, um den augenblicklichen Status eines Prüfobjekts zu betrachten.The device shown in the latter patent (and in other similar references) produces acceptable results, but is not capable of producing interference patterns in "real time". The interference patterns produced must be recorded on high resolution photographic film. Obtaining a shearogram requires waiting for the film to be developed and using film developing chemicals. A film-based system therefore cannot be used to view the instantaneous status of a test object.

Um ein "Echtzeit"-Bild zu betrachten, muß man das Interferenzmuster mit einer Videokamera oder deren Äquivalent aufzeichnen. Bis in die jüngste Zeit war es praktisch unmöglich, eine Videokamera zu benutzen, um Shearogramme aufzuzeichnen, weil die räumliche Frequenz der Interferenzmuster, die durch die bekannten Shearografieverfahren erzeugt wurden, groß war und weit über das Auflösungsvermögen der verfügbaren Videokameras hinaus ging.To view a "real-time" image, one must record the interference pattern with a video camera or its equivalent. Until recently, it was practically impossible to use a video camera to record shearograms because the spatial frequency of the interference patterns produced by the known shearography techniques was large and far beyond the resolution of available video cameras.

Das einzige bekannte arbeitsfähige System zur Durchführung der Shearografie in "Echtzeit" ist dasjenige, das in der US-A-4 887 899 beschrieben ist. Das letztgenannte Patent ist ein bemerkenswerter Fortschritt gegenüber dem oben erläuterten Stand der Technik. Es beschreibt eine Vorrichtung, die ein Shearogramm bildet, indem sie Licht, das von einem Prüfobjekt reflektiert wird, durch ein doppeibrechendes Material und einen Polarisator hindurchleitet. Das doppelbrechende Material, bei welchem es sich um einen Calcitkristall handeln kann, teilt einen Lichtstrahl, der von einem Punkt auf dem Objekt reflektiert wird, in zwei Strahlen auf, und der Polarisator macht es möglich, diese Strahlen miteinander interferieren zu lassen. Es erweist sich, daß die räumliche Frequenz des Shearogramms, das mit dieser Anordnung produziert wird, relativ niedrig ist, weil die effektiven Winkel zwischen den interferierenden Strahlen klein sind. Jedes Shearogramm wird in einem Computer oder in einer äquivalenten Vorrichtung gespeichert, und die Shearogramme, die vor und nach der Verformung des Objekts gebildet werden, werden elektronisch verglichen. Das Ergebnis ist ein zusammengesetztes Interferenzmuster, welches den Zustand des Objekts grafisch zeigt. Durch Speichern des Shearogramms des Objekts in dessen anfänglichem unbeanspruchten Zustand und durch Vergleichen dieses Shearogramms fast augenblicklich mittels Comupter mit weiteren Shearogrammen, die unter verschiedenen Beanspruchungswerten aufgenommen werden, kann ein "Echtzeit"-Bild der resultierenden Spannungen an dem Objekt beobachtet werden.The only known workable system for performing shearography in "real time" is that described in US-A-4 887 899. The latter patent is a notable advance over the prior art discussed above. It describes a device that forms a shearogram by passing light reflected from a test object through a doubly refractive material and through a polarizer. The birefringent material, which may be a calcite crystal, splits a beam of light reflected from a point on the object into two beams, and the polarizer makes it possible to cause these beams to interfere with each other. The spatial frequency of the shearogram produced by this arrangement turns out to be relatively low because the effective angles between the interfering beams are small. Each shearogram is stored in a computer or equivalent device, and the shearograms formed before and after the object is deformed are compared electronically. The result is a composite interference pattern which graphically shows the state of the object. By storing the shearogram of the object in its initial unstressed state, and comparing this shearogram almost instantaneously by computer with further shearograms taken under different levels of stress, a "real time" picture of the resulting stresses on the object can be observed.

Der hier verwendete Begriff "elektronische Shearografie" meint einen Shearografie-Prozeß, bei dem die Interferenzmuster elektronisch aufgezeichnet und analysiert werden, z.B. durch eine Videokamera, im Gegensatz zu Prozessen, bei denen Muster auf fotografischem Film aufgezeichnet werden. Die US-A-4 887 899 beschreibt das erste bekannte kommerziell annehmbare Verfahren zur elektronischen Shearografie.The term "electronic shearography" as used here means a shearography process in which the interference patterns are recorded and analyzed electronically, e.g. by a video camera, as opposed to processes in which patterns are recorded on photographic film. US-A-4 887 899 describes the first known commercially acceptable method of electronic shearography.

Das System, das in der US-A-4 887 899 gezeigt ist, ist zwar kommerziell brauchbar, es hat jedoch gewisse Nachteile. Einer dieser Nachteile ist die Unmöglichkeit, das Ausmaß der Scherung (was auch als "Scherwinkel" bezeichnet wird) leicht steuern zu können. Das Ausmaß der Scherung ist festgelegt und wird hauptsächlich durch die optischen Eigenschaften des doppelbrechenden Materials bestimmt. Es ist aber manchmal notwendig, das Ausmaß der Scherung zu verändern; ein kleinerer Scherwinkel (d.h. ein System mit reduzierter Empfindlichkeit) ist in einer Umgebung mit starker Vibration zu bevorzugen, und umgekehrt. Zum Ändern des Ausmaßes der Scherung muß man in dem oben beschriebenen System das optische Element austauschen. Außerdem treten bei dem oben beschriebenen System Verluste auf, die durch Dämpfung der Lichtstrahlen verursacht werden, wenn diese durch das doppelbrechende Material und den Polarisator hindurchgehen.The system shown in US-A-4 887 899 is commercially viable, but it has certain disadvantages. One of these disadvantages is the inability to easily control the amount of shear (also called the "shear angle"). The amount of shear is fixed and is mainly determined by the optical properties of the birefringent material. However, it is sometimes necessary to change the amount of shear; a smaller shear angle (i.e. a system with reduced sensitivity) is in an environment with high vibration, and vice versa. To change the amount of shear in the system described above, one must change the optical element. In addition, the system described above suffers from losses caused by attenuation of the light rays as they pass through the birefringent material and the polarizer.

Die nicht vorveröffentlichte EP-A-0 485 728, bei der die Staaten DE, GB, FR, IT benannt sind, beschreibt eine Vorrichtung zum Bestimmen von Änderungen der Weglängen von Strahlen. Die Vorrichtung hat zwei Spiegel, die nahe bei einem Strahlteiler angeordnet sind, um Licht, das durch den Strahlteiler reflektiert oder übertragen wird, zu empfangen und zu reflektieren. Das Licht, das von den beiden Spiegeln zu dem Strahlteiler reflektiert wird, wird dann von dem Strahlteiler reflektiert oder übertragen, um in eine Videokamera oder in eine CCD-Matrix geleitet zu werden. Die Strahlen, die zu der Kamera geleitet werden, interferieren zwischen dem Strahlteiler und der Kamera. Empfangene Bilder eines beanspruchten und eines unbeanspruchten Objekts werden in einem Speicher abgespeichert und voneinander subtrahiert.The non-prepublished EP-A-0 485 728, in which the states DE, GB, FR, IT are designated, describes a device for determining changes in the path lengths of rays. The device has two mirrors arranged close to a beam splitter for receiving and reflecting light reflected or transmitted by the beam splitter. The light reflected by the two mirrors to the beam splitter is then reflected or transmitted by the beam splitter to be directed into a video camera or into a CCD matrix. The rays directed to the camera interfere between the beam splitter and the camera. Received images of a stressed and an unstressed object are stored in a memory and subtracted from each other.

Angesichts dieses Dokuments wurden separate Ansprüche für DE, GB, FR, IT eingereicht.In view of this document, separate claims were filed for DE, GB, FR, IT.

Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung der elektronischen Shearografie und ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen eines Interferenzmusters zu schaffen.It is therefore the aim of the present invention to provide an improved apparatus for performing electronic shearography and an improved method for generating an interference pattern.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung durch die Vorrichtung und das Verfahren erreicht, die in den unabhängigen Vorrichtungs- bzw. Verfahrensansprüchen beansprucht sind.This object is achieved according to the invention by the device and the method claimed in the independent device and method claims, respectively.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.Embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.

Die vorliegende Erfindung schafft eine neue Vorrichtung zur Durchführung von elektronischer Shearografie. Die Erfindung löst einige der oben erwähnten Probleme. Insbesondere macht es die Erfindung einfacher, das Ausmaß der Scherung zu justieren und dadurch die Empfindlichkeit des Systems einzustellen, ohne das optische Element auszutauschen. Die Erfindung tendiert auch dazu, den Leistungsbedarf für den Beleuchtungslaser zu reduzieren, weil sie die Dämpfung des von dem Prüfobjekt reflektierten Lichtes minimiert. Die Erfindung gestattet auch, den reflektierten Strahl in der Phase abzustufen, um dadurch detailliertere Information über die abgebildeten Spannungen zu liefern.The present invention provides a new apparatus for performing electronic shearography. The invention solves some of the problems mentioned above. In particular, the invention makes it easier to adjust the amount of shear and thereby adjust the sensitivity of the system without replacing the optical element. The invention also tends to reduce the power requirements for the illumination laser because it minimizes the attenuation of the light reflected from the test object. The invention also allows the reflected beam to be phase-graded, thereby providing more detailed information about the imaged stresses.

Gemäß der vorliegenden Erfindung beleuchtet eine Quelle kohärenten Lichtes, wie beispielsweise ein Laser, ein Prüfobjekt. Ein Spiegel ist nahe bei dem Objekt positioniert, so daß Licht, das von dem Objekt reflektiert wird, auch durch den Spiegel reflektiert wird. Ein Strahlteiler ist nahe bei dem Spiegel positioniert, so daß Licht, das von dem Spiegel reflektiert wird, durch den Stahlteiler hindurchgeht und daß ein Teil des Lichts, das von dem Objekt reflektiert wird, auch durch den Strahlteiler reflektiert werden kann. Die Anordnung des Spiegels und des Strahlteilers ist so, daß Strahlen, die von Paaren getrennter Punkte auf dem Objekt reflektiert werden, durch die Spiegel bzw. den Strahlteiler reflektiert und so auf parallele Wege geleitet werden. Ein Detektor in Form einer Videokamera oder deren Äquivalent ist auf dem Weg des Lichts angeordnet, das aus dem Strahlteiler austritt. Die Strahlen, die aus dem Strahlteiler austreten, interferieren miteinander, und zwar praktisch bis zu dem maximal möglichen Grad, weil sie parallel sind und denselben Polarisationswinkel haben. Ein Interferenzmuster wird in der Videokamera beobachtet und in einem Computer oder dessen Äquivalent zur weiteren Verarbeitung gespeichert.According to the present invention, a source of coherent light, such as a laser, illuminates an object under test. A mirror is positioned close to the object so that light reflected from the object is also reflected by the mirror. A beam splitter is positioned close to the mirror so that light reflected from the mirror passes through the beam splitter and that a portion of the light reflected from the object can also be reflected by the beam splitter. The arrangement of the mirror and beam splitter is such that rays reflected from pairs of separate points on the object are reflected by the mirrors and beam splitter, respectively, and thus directed along parallel paths. A detector in the form of a video camera or its equivalent is positioned in the path of the light emerging from the beam splitter. The rays emerging from the beam splitter interfere with each other, practically to the maximum possible degree, because they are parallel and have the same polarization angle. An interference pattern is observed in the video camera and stored in a computer or its equivalent for further processing.

Das Ausmaß der Scherung kann verändert werden, indem einfach die Orientierung des Spiegels eingestellt wird. Wenn die Orientierung des Spiegels geändert wird, wird eine andere Gruppe von gesonderten Strahlen miteinander interferieren. Letzteres ist der Feststellung aquivalent, daß das Ausmaß der Scherung verändert wird. Durch Verändern des Ausmaßes der Scherung wird die Empfindlichkeit der Messung verändert.The amount of shear can be changed by simply adjusting the orientation of the mirror. When the orientation of the mirror is changed, a different group of separate beams interfere with each other. The latter is equivalent to stating that the magnitude of the shear is changed. By changing the magnitude of the shear, the sensitivity of the measurement is changed.

In einer alternativen Ausführungsform wird das Licht, das den Strahlteiler verläßt, durch einen zweiten Spiegel in den Detektor geleitet. Diese Anordnung gestattet, den Detektor in der zweckmäßigsten Orientierung zu positionieren.In an alternative embodiment, the light leaving the beam splitter is directed into the detector by a second mirror. This arrangement allows the detector to be positioned in the most convenient orientation.

In einer weiteren Vorrichtung gibt es zwei Spiegel, die die an oder nahe bei benachbarten Seiten des Strahlteilers angeordnet sind. Ein Spiegel kann linear bewegbar sein, und der andere Spiegel kann drehbar sein. Die Linearbewegung des ersten Spiegels verändert den Phasenwinkel des Interferenzmusters. Die Drehung des zweiten Spiegels verändert den Scherwinkel. Die Weglängen der Strahlen, die von den Spiegeln reflektiert werden, sind dieselben oder sind nahezu dieselben, so daß die Forderung nach kohärenter Länge reduziert wird.In another device, there are two mirrors located on or near adjacent sides of the beam splitter. One mirror may be linearly movable and the other mirror may be rotatable. The linear movement of the first mirror changes the phase angle of the interference pattern. The rotation of the second mirror changes the shear angle. The path lengths of the rays reflected from the mirrors are the same or nearly the same, so the coherent length requirement is reduced.

Ein Interferenzmuster, das mit irgendeiner der oben beschriebenen Ausführungsformen hergestellt wird, wird zweimal gebildet, einmal während das Objekt in einem unbeanspruchten Zustand ist, und einmal während das Objekt beansprucht ist. Die Muster könnten auch bei zwei unterschiedlichen Beanspruchungswerten hergestellt werden. Jedes Interferenzmuster wird in einem Speicher eines Computers od.dgl. abgespeichert. Die beiden Interferenzmuster werden dann elektronisch verglichen, um ein zusammengesetztes Interferenzmuster zu erzielen. Wenn die Vergleiche mittels Computer ausgeführt werden, kann das Resultat ein "Echtzeit"-Bild sein, das Änderungen in dem Objekt aufgrund von ausgeübter Beanspruchung zeigt.An interference pattern made with any of the above-described embodiments is formed twice, once while the object is in an unstressed state and once while the object is stressed. The patterns could also be made at two different stress levels. Each interference pattern is stored in a memory of a computer or the like. The two interference patterns are then compared electronically to produce a composite interference pattern. When the comparisons are made by computer, the result can be a "real-time" image showing changes in the object due to applied stress.

Bei einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erzielt man Shearogramme für die beanspruchten und unbeanspruchten Zustände auf die oben beschriebene Weise für jede von mehreren Linearpositionen des Spiegels. Der Spiegel kann in diese Positionen durch einen piezoelektrischen Phasenabstufungsspiegeltreiber bewegt werden, welcher die Strahlweglänge um Bruchteile einer Wellenlänge ändert. Die zusammengesetzten Interferenzmuster, die für jede phasenverschobene Position erzielt werden, werden dann gemittelt, um ein endgültiges zusammengesetztes Interferenzmuster zu erzielen, das mehr Einzelheiten liefert.In a method according to the present invention, shearograms for the stressed and unstressed states are obtained in the manner described above for each of a plurality of linear positions of the mirror. The mirror can be driven into these positions by a piezoelectric phase-grading mirror driver which changes the beam path length by fractions of a wavelength. The composite interference patterns obtained for each out-of-phase position are then averaged to produce a final composite interference pattern that provides more detail.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von elektronischer Shearografie und eine optische Vorrichtung zum Erzeugen eines Shearogramms.The invention provides a method and an apparatus for performing electronic shearography and an optical device for generating a shearogram.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung ist zerstörungsfreies Analysieren von hergestellten Teilen möglich.With the method and device according to the invention, non-destructive analysis of manufactured parts is possible.

Außerdem kann das Ausmaß der Scherung leicht und kontinuierlich verändert werden.In addition, the extent of shear can be easily and continuously changed.

Eine Ausführungsform der Erfindung, die für alle benannten Staaten mit Ausnahme von DE, FR, GB, IT beansprucht wird, schafft eine Vorrichtung mit zwei Spiegeln zur elektronischen Shearografie, wobei die Vorrichtung die Forderung nach kohärenter Länge reduziert, die an den zum Beleuchten des Prüfobjekts benutzten Laser gestellt wird.An embodiment of the invention, which is claimed for all designated states except DE, FR, GB, IT, provides a two-mirror electronic shearography device, which device reduces the coherent length requirement placed on the laser used to illuminate the test object.

Ferner werden die Leistungsverluste in einem elektronischen Shearografiesystem reduziert, und dadurch wird die erforderliche Laserleistung minimiert.Furthermore, the power losses in an electronic shearography system are reduced, thereby minimizing the required laser power.

Bei der Vorrichtung und dem Verfahren nach der Erfindung kann der Detektor in der zweckmäßigsten Richtung orientiert sein.In the device and method according to the invention, the detector can be oriented in the most suitable direction.

Das Verfahren nach der Erfindung liefert Muster, welche das Mittel von mehreren Shearogrammen darstellen, die unter verschiedenen Phasenwinkeln aufgenommen worden sind. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus einer Lektüre der folgenden kurzen Beschreibung der Zeichnungen, der ausführlichen Beschreibung der Erfindung und der beigefügten Ansprüche.The method according to the invention provides patterns which represent the average of several shearograms taken at different phase angles. The advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art from a reading of the following brief description of the drawings, the detailed description of the invention and the appended claims.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und die Wege zeigt, welche vier Probelichtstrahlen nehmen.Figure 1 is a schematic diagram illustrating the preferred embodiment of the apparatus of the present invention and showing the paths taken by four sample light beams.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, welches die optischen Komponenten der Vorrichtung nach der Erfindung zeigt sowie eine ungefähre Bestimmung der Intensität des Interferenzmusters an dem Detektor zeigt.Fig. 2 is a schematic diagram showing the optical components of the device according to the invention and an approximate determination of the intensity of the interference pattern at the detector.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, welches eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeigt.Fig. 3 is a schematic diagram showing an alternative embodiment of the invention.

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, welches eine weiterer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt, bei der zwei Spiegel vorhanden sind, die nahe bei benachbarten Seiten eines Strahlteilers angeordnet sind. Diese Vorrichtung wird für alle benannten Staaten mit Ausnahme von DB, FR, GB, IT beansprucht.Fig. 4 is a schematic diagram showing another device according to the invention in which there are two mirrors located close to adjacent sides of a beam splitter. This device is claimed for all notified states except DB, FR, GB, IT.

Gemäß Fig. 1 leitet ein Laser 1 kohärentes Licht auf die Oberfläche eines Prüfobjekts 3. Ein Strahlaufweiter 2 veranlaßt den Lichtstrahl aus dem Laser 1, in der Richtung des Objekts zu divergieren. Ein Spiegel 5 und ein Strahlteiler 7 sind nahe dem Objekt so positioniert, daß sie von diesem reflektiertes Licht empfangen. Ein Detektor 9 ist nahe dem Strahlteiler positioniert, wie dargestellt. Der Detektor ist vorzugsweise eine Videokamera, es kann aber irgendeine Vorrichtung sein, die in der Lage ist, ein Bild praktisch augenblicklich zur anschließenden digitalen Verarbeitung zu erfassen. Der Detektor weist ein Objektiv 11 und einen lichtempfindlichen Schirm 13 auf. Bilder werden durch das Objektiv auf den Schirm fokussiert. Der Detektor 9 ist mit einem Computer 15 verbunden, welcher die Bilder speichert, die auf dem Schirm gebildet werden, und die gespeicherten Bilder digital verarbeitet.Referring to Figure 1, a laser 1 directs coherent light onto the surface of an object 3 under test. A beam expander 2 causes the light beam from the laser 1 to diverge in the direction of the object. A mirror 5 and a beam splitter 7 are positioned near the object to receive light reflected therefrom. A detector 9 is positioned near the beam splitter as shown. The detector is preferably a video camera, but it may be any device capable of capturing an image virtually instantaneously for subsequent digital processing. The detector includes a lens 11 and a light sensitive screen 13. Images are focused onto the screen by the lens. The detector 9 is connected to a computer 15 which stores the images formed on the screen and digitally processes the stored images.

Fig. 1 zeigt, wie die vorrichtung die Shearografie ausführt.Fig. 1 shows how the device performs shearography.

Es werde das Licht betrachtet, das von zwei nahegelegenen Punkten auf dem Objekt reflektiert wird, wobei die Punkte mit A und B bezeichnet sind. Der erste Strahl, der von dem Punkt A reflektiert wird, trifft auf den Spiegel 5 und wird durch den Spiegel reflektiert, um einen Spiegelausgangsstrahl zu erzeugen, der auf den Strahlteiler 7 gerichtet wird und so einen ersten Eingangsstrahl bildet. Ein Teil des ersten Eingangsstrahls wird durch den Strahlteiler zu dem Detektor 9 übertragen und bildet so einen ersten Ausgangsstrahl, und der andere Teil, der mit A' bezeichnet ist, wird reflektiert, wie es durch die gestrichelte Linie gezeigt ist.Consider the light reflected from two nearby points on the object, the points labeled A and B. The first beam reflected from point A strikes the mirror 5 and is reflected by the mirror to produce a mirror output beam which is directed to the beam splitter 7, thus forming a first input beam. A portion of the first input beam is transmitted through the beam splitter to the detector 9, thus forming a first output beam, and the other portion, labeled A', is reflected as shown by the dashed line.

Der Strahlteiler ist symbolisch als zwei Prismen dargestellt, die längs einer gemeinsamen Oberfläche verbunden sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Strahlteiler tatsächlich aus zwei Prismen aufgebaut. Der Strahlteiler ist jedoch nicht auf irgendeinen besonderen Aufbau beschränkt; jede Vorrichtung, die einen Teil eines einfallenden Strahls überträgt und den Rest reflektiert, kann benutzt werden. Es sei auch beachtet, daß im allgemeinen der Spiegel nicht zu der Ebene der gemeinsamen Oberfläche der Prismen (welches die Ebene ist, in welcher einfallende Strahlen reflektiert werden) parallel ist.The beam splitter is symbolically represented as two prisms joined along a common surface. In the preferred embodiment, the beam splitter is actually constructed of two prisms. However, the beam splitter is not limited to any particular construction; any device that transmits a portion of an incident beam and reflects the remainder can be used. It should also be noted that in general the mirror is not parallel to the plane of the common surface of the prisms (which is the plane in which incident rays are reflected).

Ein zweiter Eingangsstrahl, der von einem zweiten Punkt B reflektiert wird, trifft auf den Strahlteiler 7. Ein Teil dieses Strahls wird von dem Strahlteiler reflektiert und bildet so einen zweiten Ausgangsstrahl, und der übrige Teil, der mit B' bezeichnet ist, wird durch den Strahlteiler übertragen, was ebenfalls durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist. Die Strahlen, die durch die gestrichelten Linien (A' und B') dargestellt sind, sind hier nicht von Bedeutung. Der reflektierte Strahl, der von dem Punkt B ausgeht, wird in einer Richtung reflektiert, die mit der des von dem Punkt A ausgehenden Strahls zusammenfällt. Die von den Punkten A und B reflektierten Strahlen werden daher auf denselben Weg geleitet. Weil beide Strahlen exakt einmal reflektiert worden sind, nachdem sie von dem Objekt selbst reflektiert worden waren, werden beiden Strahlen denselben Polarisationswinkel haben. Da ihr Polarisationswinkel derselbe ist und da die Wellenfronten parallel sind, interferieren diese Strahlen miteinander in dem maximal möglichen Ausmaß. Die interferierenden Strahlen gehen durch das Objektiv 11 hindurch, welches die Strahlen auf den Schirm 13 fokussiert.A second input beam reflected from a second point B strikes the beam splitter 7. Part of this beam is reflected by the beam splitter to form a second output beam, and the remaining part, designated B', is transmitted through the beam splitter, also shown by a dashed line. The beams shown by the dashed lines (A' and B') are not important here. The reflected beam emanating from point B is reflected in a direction coincident with that of the beam emanating from point A. The beams reflected from points A and B are therefore directed along the same path. Because both beams have been reflected exactly once after being reflected from the object itself, both beams will have the same angle of polarization. Since their polarization angle is the same and since the wave fronts are parallel, these rays interfere with each other to the maximum possible extent. The interfering rays pass through the lens 11, which focuses the rays on the screen 13.

Wenn die interferierenden Stahlen nicht denselben Polarisationswinkel hätten, würden sie nur teilweise interferieren. Die teilweise Interferenz reduziert das Signal-Rausch-Verhältnis, weil sich die Komponenten des Strahls, die nicht interferieren, zu dem Hintergrundsignal addieren würden, was einen Verlust an Empfindlichkeit mit sich bringen würde. Es ist absolut notwendig, daß die Strahlen dieselben Polarisationswinkel haben, die nicht zueinander orthogonal sind; andernfalls würden die Strahlen überhaupt nicht interferieren. Es wird bevorzugt, daß die Polarisationswinkel gleich sind, um das Signal-Rausch- Verhältnis zu maximieren.If the interfering beams did not have the same polarization angle, they would only partially interfere. Partial interference reduces the signal-to-noise ratio because the components of the beam that do not interfere would add to the background signal, causing a loss of sensitivity. It is absolutely necessary that the beams have the same polarization angles, which are not orthogonal to each other; otherwise the beams would not interfere at all. It is preferred that the polarization angles be equal to maximize the signal-to-noise ratio.

Eine ähnliche Analyse gilt in dem Fall von Strahlen, die von Punkten C und D reflektiert werden. Fig. 1 zeigt deshalb, daß der Detektor einen breiten Bereich von Punkten auf dem Objekt beobachten kann und nicht nur auf einen kleinen Bereich beschränkt ist.A similar analysis applies in the case of rays reflected from points C and D. Fig. 1 therefore shows that the detector can observe a wide range of points on the object and is not limited to only a small area.

Aus Fig. 1 und der obigen Beschreibung folgt, daß das Bild in jedem Punkt auf dem Detektorschirm die überlagerung der beiden Strahlen beinhaltet, die von zwei unterschiedlichen Punkten auf dem Objekt reflektiert worden sind. Was auf dem Detektor beobachtet wird, ist deshalb ein Interferenzmuster, das der Überlagerung von zwei seitlich verlagerten ("gescherten") Bildem des Objekts aquivalent ist. Mit anderen Worten, die Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugt ein Shearogramm.From Fig. 1 and the above description it follows that the image at any point on the detector screen contains the superposition of the two beams reflected from two different points on the object. What is observed on the detector is therefore an interference pattern equivalent to the superposition of two laterally displaced ("sheared") images of the object. In other words, the device of Fig. 1 produces a shearogram.

Die Bilder, die in dem Detektor gebildet werden, werden durch den Computer 15 oder dessen Äquivalent gespeichert und verarbeitet. Die Verarbeitungsschritte können im wesentlichen dieselben wie diejenigen sein, die in der US-A-4 887 899 beschrieben sind. Wie in dem obigen Patent können Shearogramme aufgenommen werden, während das Objekt in einem unbeanspruchten Zustand ist und während das Objekt beansprucht ist. Das Beanspruchen des Objekts z.B. in dem Punkt A ändert die effektive Weglänge des von dem Punkt A reflektierten Stahls, so daß der Phasenwinkel zwischen den von den Punkten A und B reflektierten Strahlen geändert wird. Diese Änderung stört das Interferenzmuster, und die Änderung kann durch Vergleichen der beiden Muster beobachtet werden.The images formed in the detector are stored and processed by the computer 15 or its equivalent. The processing steps may be substantially the same as those described in US-A-4 887 899. As in the above patent, shearograms taken while the object is in an unstressed state and while the object is stressed. Stressing the object, for example at point A, changes the effective path length of the beam reflected from point A, so that the phase angle between the beams reflected from points A and B is changed. This change perturbs the interference pattern, and the change can be observed by comparing the two patterns.

Es sei beachtet, daß die Shearogramme auch aufgenommen werden können, während das Objekt in zwei verschiedenen Beanspruchungszuständen ist, daß sich die Aufnahme also nicht auf den speziellen Fall beschränkt, in welchem das Objekt am Anfang unbeansprucht ist. Es ist deshalb klar, daß in der gesamten Beschreibung immer dann, wenn angegeben ist, daß Shearogramme aufgenommen werden, wenn sich das Objekt in dem "beanspruchten" und in dem "unbeanspruchten" Zustand befindet, dasselbe erfolgen könnte, während das Objekt zwei unterschiedlichen Beanspruchungswerten ausgesetzt ist.It should be noted that the shearograms can also be recorded while the object is in two different states of stress, that is, the recording is not limited to the specific case in which the object is initially unstressed. It is therefore clear that throughout the description, whenever it is stated that shearograms are recorded when the object is in the "stressed" and "unstressed" states, the same could be done while the object is subjected to two different levels of stress.

Eine weitere brauchbare Prozedur, die oben mit Bezug auf die US-A-4 887 899 beschrieben worden ist, besteht darin, das Shearogramm zu speichern, das gebildet wird, während das Objekt unbeansprucht ist, und dann in "Echtzeit" Shearogramme wiederholt zu bilden und zu speichern, wenn das Objekt beansprucht wird. Der Computer ist so programmiert, daß er das ursprüngliche Shearogramm (das den unbeanspruchten Zustand darstellt) mit dem Shearogramm, das in einem bestimmten Zeitpunkt aufgenommen wird, elektronisch vergleicht und die Augenblicksergebnisse des Vergleiches auf einem Videoschirm anzeigt. Die Vorrichtung kann somit ein "Echtzeit"-Bild anzeigen, welches den gegenwärtigen Zustand des Objekts darstellt.Another useful procedure, described above with reference to US-A-4,887,899, is to store the shearogram formed while the object is unstressed and then to repeatedly form and store shearograms in "real time" when the object is stressed. The computer is programmed to electronically compare the original shearogram (representing the unstressed state) with the shearogram taken at a particular time and display the instantaneous results of the comparison on a video screen. The device can thus display a "real time" image representing the current state of the object.

Zwei Hauptvorteile der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens ergeben sich aus deren Möglichkeit, die Position des Spiegels sowohl durch Drehen als auch linear einstellen zu können. Das Ändern des Ausmaßes der Scherung kann erfolgen, indem einfach der Spiegel 5 etwas gedreht wird. In Fig. 1 kann ein Spiegeleinsteller 17 benutzt werden, um die Position des Spiegels zu verändern. Es ist klar, daß der Einsteller 17, wie er in der Figur gezeigt ist, irgendeine Vorrichtung oder irgendwelche Vorrichtungen darstellt, die in der Lage sind, Linear- und/oder Drehbewegungen des Spiegels hervorzurufen. Drehbewegungen können Variationen in dem Ausmaß der Scherung verursachen; Linearbewegungen verändern die Weglänge des Lichtstrahls, der von dem Spiegel reflektiert wird, und sind bei der unten beschriebenen Technik nützlich.Two main advantages of the device and method described result from their ability to adjust the position of the mirror both rotationally and linearly. Changing the amount of shear can be done by simply rotating the mirror 5 slightly. In 1, a mirror adjuster 17 may be used to change the position of the mirror. It will be understood that the adjuster 17 as shown in the figure represents any device or devices capable of causing linear and/or rotational movements of the mirror. Rotational movements can cause variations in the amount of shear; linear movements change the path length of the light beam reflected from the mirror and are useful in the technique described below.

Der Spiegeleinsteller kann ein Motor, ein piezoelektrischer Kristall oder irgendeine andere Vorrichtung sein, die in der Lage ist, große oder kleine Bewegungen hervorzurufen. Die Drehung des Spiegels ändert die Gruppe von Punkten "A", welche Licht liefern, das mit Licht von den Punkten "B" interferiert. Es ist gleichwertig zu sagen, daß die relative Verlagerung der verscherten Bilder verändert wird. Es sei beachtet, daß das Ausmaß der Scherung so kontinuierlich verändert werden kann.The mirror adjuster can be a motor, a piezoelectric crystal, or any other device capable of producing large or small movements. The rotation of the mirror changes the set of points "A" which provide light that interferes with light from points "B". It is equivalent to saying that the relative displacement of the sheared images is changed. Note that the amount of shear can thus be changed continuously.

Die Möglichkeit, die lineare Position des Spiegels verändern zu können, kann auch bei dem folgenden Verfahren zum Analysieren von Interferenzmustern ausgenutzt werden. Das folgende Verfahren reduziert "Rauschen" in dem endgültigen Muster aufgrund von Laser-Speckle. Ein piezoelektrischer Kristall oder eine äquivalente Vorrichtung wird benutzt, um den Spiegel linear zu bewegen, wodurch die Phase des Lichts verschoben wird, das von der Gruppe von Punkten "A" ausgeht. Jede Bewegung des Spiegels ist extrem klein, d.h. ein Bruchteil einer Wellenlänge. In einem Beispiel wird der Spiegel "in Stufen" durch vier diskrete Positionen bewegt, die Änderungen in der Weglänge von einer Viertelwellenlänge darstellen. Ein Shearogramm wird für die erste Position gewonnen und wird elektronisch gespeichert. Dann wird ein Shearogramm für jede der vier Viertelwellenpositionen gewonnen, während das Objekt beansprucht wird. Es werden somit vier Shearogramme für jede der vier Linearpositionen des Spiegels aufgenommen, wobei jedes Shearogramm wie zuvor gespeichert wird. Dann wird jedes phasenverschobene Shearogramm mit dem anfänglichen Shearogramm verglichen. Das heißt, das Shearogramm, das in der ersten Position aufgenommen wird, während das Objekt verformt wird, wird mit dem gespeicherten Shearogramm verglichen, das aufgenommen wird, während das Objekt unverformt ist. Dasselbe wird für jede der anderen Spiegelpositionen getan. Schließlich werden die vier zusammengesetzten Muster gemittelt oder anderweitig verglichen oder einer Bildverarbeitung unterzogen, um ein endgültiges Muster zu gewinnen. Das endgültige Muster hat reduziertes Speckle-"Rauschen". Das Verfahren, das benutzt wird, um die für jeden bestimmten Phasenwinkel aufgenommenen Shearogramme zu vergleichen, kann einfach die Subtraktion eines Musters von dem anderen sein oder es kann irgendeines der anderen Verfahren sein, die in der US-A-4 887 899 beschrieben sind, oder es können andere Verfahren sein.The ability to change the linear position of the mirror can also be exploited in the following method of analyzing interference patterns. The following method reduces "noise" in the final pattern due to laser speckle. A piezoelectric crystal or equivalent device is used to move the mirror linearly, thereby shifting the phase of the light emanating from the group of points "A". Each movement of the mirror is extremely small, i.e. a fraction of a wavelength. In one example, the mirror is moved "in steps" through four discrete positions representing changes in path length of a quarter wavelength. A shearogram is obtained for the first position and is stored electronically. Then a shearogram is obtained for each of the four quarter wave positions while the object is stressed. Thus, four shearograms are acquired for each of the four linear positions of the mirror, each shearogram being stored as before. Then each phase-shifted shearogram is compared with the initial shearogram That is, the shearogram recorded in the first position while the object is deformed is compared with the stored shearogram recorded while the object is undeformed. The same is done for each of the other mirror positions. Finally, the four composite patterns are averaged or otherwise compared or subjected to image processing to obtain a final pattern. The final pattern has reduced speckle "noise". The method used to compare the shearograms recorded for each particular phase angle may be simply the subtraction of one pattern from the other, or it may be any of the other methods described in US-A-4,887,899, or it may be other methods.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren kann die Häufigkeit, mit der der Spiegel "in Stufen bewegt wird" verändert werden. Allgemein gesagt, je größer die Anzahl der "Stufen" ist, um so größer ist die Empfindlichkeit des Verfahrens und um so länger ist die Zeit, die zum Ausführen der Analyse benötigt wird.In the method described above, the frequency with which the mirror is "stepped" can be varied. Generally speaking, the greater the number of "steps", the greater the sensitivity of the method and the longer the time required to perform the analysis.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird ein piezoelektrischer Kristall bevorzugt, weil er es möglich macht, den Spiegel um sehr kleine Strecken in der Größenordnung eines Bruchteils einer Wellenlänge auf eine kontrollierte Weise gemäß einer an den Kristall angelegten Spannung zu bewegen. Piezoelektrische Kristalle sind bereits auf anderen Gebieten benutzt worden, um kleine kontrollierte Bewegungen von Objekten zu produzieren, und solche Vorrichtungen sind deshalb im Handel erhältlich. Das oben beschriebene Verfahren beschränkt sich jedoch nicht auf die Verwendung eines piezoelektrischen Kristalls.In the method described above, a piezoelectric crystal is preferred because it makes it possible to move the mirror by very small distances, on the order of a fraction of a wavelength, in a controlled manner according to a voltage applied to the crystal. Piezoelectric crystals have already been used in other fields to produce small controlled movements of objects and such devices are therefore commercially available. However, the method described above is not limited to the use of a piezoelectric crystal.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Vorrichtung und des beschriebenen Verfahrens ist, daß sie von der von dem Objekt reflektierten Strahlung wirksamen Gebrauch machen. Dieser Punkt ist in Fig. 2 klar veranschaulicht. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 2 nur zwei mit A und B bezeichnete Strahlen, die von dem Objekt (in Fig. 2 nicht gezeigt) reflektiert werden. Außerdem ist in Fig. 2 die Quelle kohärenter Strahlung weggelassen worden.A further advantage of the device and method described is that they make effective use of the radiation reflected from the object. This point is clearly illustrated in Fig. 2. For simplicity, Fig. 2 shows only two rays, designated A and B, which reflected from the object (not shown in Fig. 2). In addition, the source of coherent radiation has been omitted in Fig. 2.

In Fig. 2 tritt ein Strahl A in den Strahlteiler 7 ein. Ungefähr eine Hälfte des Strahls A wird übertragen, und die andere Hälfte wird reflektiert. Der reflektierte Strahl bewegt sich zu dem Objektiv 11, welches den Strahl auf den Schirm 13 fokussiert. Zu derselben Zeit wird der Strahl B von dem Spiegel 5 auf den Strahlteiler reflektiert. Ungefähr die Hälfte des Strahls B wird durch den Strahlteiler reflektiert, und die andere Hälfte wird durch den Strahlteiler zu dem Objektiv 11 und schließlich auf den Schirm 13 übertragen. Die Intensität der Strahlung, die an dem Schirm empfangen wird, kann daher als 0,5A + 0,5B dargestellt werden. Da A und B ungefähr gleich sind (beide Strahlen gehen von derselben Quelle aus und werden von demselben Objekt reflektiert), folgt daraus, daß die Intensität, die in einem Punkt auf dem Schirm aufgrund der Interferenz der beiden Strahlen beobachtet wird, ungefähr gleich der Intensität von einem der von dem Objekt reflektierten Strahlen ist. Die Amplitude an dem Detektor hat daher eine mit der Amplitude des von dem Objekt reflektierten Lichtes vergleichbare Größe.In Fig. 2, a beam A enters the beam splitter 7. Approximately one half of the beam A is transmitted and the other half is reflected. The reflected beam travels to the objective 11, which focuses the beam onto the screen 13. At the same time, the beam B is reflected from the mirror 5 onto the beam splitter. Approximately half of the beam B is reflected by the beam splitter and the other half is transmitted by the beam splitter to the objective 11 and finally onto the screen 13. The intensity of the radiation received at the screen can therefore be represented as 0.5A + 0.5B. Since A and B are approximately equal (both rays originate from the same source and are reflected by the same object), it follows that the intensity observed at a point on the screen due to the interference of the two rays is approximately equal to the intensity of one of the rays reflected from the object. The amplitude at the detector is therefore of a size comparable to the amplitude of the light reflected from the object.

Das oben beschriebene Merkmal kontrastiert mit den Shearografiesystemen des Standes der Technik, bei denen die optischen Elemente von Haus aus eine wesentliche Dämpfung des von dem Objekt reflektierten Lichtes verursachen. Durch Reduzieren der Dämpfung reduziert man den Leistungsbedarf des Lasers.The above-described feature contrasts with the state-of-the-art shearography systems, where the optical elements inherently cause significant attenuation of the light reflected from the object. By reducing the attenuation, one reduces the power requirement of the laser.

Eine Forderung der oben beschriebenen Ausführungsformen ist, daß der Laser eine relativ lange kohärente Länge hat. Im allgemeinen darf die Differenz zwischen den Weglängen der reflektierten Strahlen nicht größer als die kohärente Länge des Lasers sein, d.h. die Länge, jenseits welcher der Laserstrahl aufhört, kohärent zu sein.A requirement of the embodiments described above is that the laser has a relatively long coherent length. In general, the difference between the path lengths of the reflected beams must not be greater than the coherent length of the laser, i.e. the length beyond which the laser beam ceases to be coherent.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform In dieser Ausführungsform beleuchtet der Laser 21 ein Objekt 23. Kohärentes Licht wird von dem Objekt auf einen Spiegel 25 und außerdem auf einen Strahlteiler 27 reflektiert. Ein zweiter Spiegel 29 leitet Licht, das den Strahlteiler verläßt, in einen Detektor 31. Diese Ausführungsform gestattet, den Detektor auf das Objekt "zielen zu lassen". Diese Ausführungsform kann benutzt werden, wenn der verfügbare Raum so ist, daß es für den Detektor zweckmäßig ist, auf das Objekt zu zielen. Außerdem kann der Spiegel 29 auf andere Weise orientiert sein, was von der Position des Detektors abhängig ist. Daher zeigt Fig. 3, daß der Detektor auf irgendeine Weise positioniert sein kann, die am zweckmäßigsten ist, wobei der Spiegel 29 benutzt wird, um das Licht aus dem Strahlteiler in den Detektor zu leiten.Fig. 3 shows an alternative embodiment In this embodiment the laser 21 illuminates an object 23. Coherent light is reflected from the object onto a mirror 25 and also onto a beam splitter 27. A second mirror 29 directs light leaving the beam splitter into a detector 31. This embodiment allows the detector to be "aimed" at the object. This embodiment can be used when the available space is such that it is convenient for the detector to be aimed at the object. In addition, the mirror 29 can be oriented in a different way, depending on the position of the detector. Thus, Fig. 3 shows that the detector can be positioned in any way that is most convenient, with the mirror 29 being used to direct the light from the beam splitter into the detector.

Fig. 4 veranschaulicht eine weitere Vorrichtung mit zwei Spiegeln 39 und 41. Der Spiegel 39 ist linear bewegbar, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Der Spiegel 41 ist drehbar, wie es ebenfalls durch Pfeile angedeutet ist. Ein Strahlteiler 33, ein Objektiv 35 und ein Schirm 37 gleichen den entsprechenden Komponenten der anderen Ausführungsformen.Fig. 4 illustrates another device with two mirrors 39 and 41. The mirror 39 is linearly movable, as indicated by the arrows. The mirror 41 is rotatable, as also indicated by arrows. A beam splitter 33, an objective 35 and a screen 37 are similar to the corresponding components of the other embodiments.

Fig. 4 zeigt die Strahlen A und B, die von nahegelegenen Punkten auf dem Objekt ausgehen. (Der Einfachheit halber sind weder der Laser noch das Objekt in Fig. 4 gezeigt.) Ein Teil eines ersten Eingangsstrahls von einem Punkt A wird von dem Strahlteiler auf den zweiten Spiegel 41 reflektiert. Ein Teil des reflektierten Strahls geht dann durch den Strahlteiler hindurch und produziert einen ersten Ausgangsstrahl, der auf das Objekt und den Schirm gerichtet wird. Gleichzeitig geht ein Teil eines zweiten Eingangsstrahls von dem Punkt B aus durch den Strahlteiler hindurch und wird von dem ersten Spiegel 39 reflektiert. Ein Teil des reflektierten Strahls wird dann durch den Strahlteiler reflektiert, der einen zweiten Ausgangsstrahl produziert, welcher auf das Objektiv und den Schirm gerichtet wird. Die Anordnung von Fig. 4 erzeugt somit ein Shearogramm. Es sei beachtet, daß Fig. 4 nicht diejenigen Teile der Strahlen zeigt, die aufgrund des Strahlteilers verlorengehen.Fig. 4 shows beams A and B emanating from nearby points on the object. (For simplicity, neither the laser nor the object are shown in Fig. 4.) A portion of a first input beam from point A is reflected by the beam splitter onto the second mirror 41. A portion of the reflected beam then passes through the beam splitter and produces a first output beam which is directed onto the object and screen. At the same time, a portion of a second input beam from point B passes through the beam splitter and is reflected by the first mirror 39. A portion of the reflected beam is then reflected by the beam splitter which produces a second output beam which is directed onto the objective and screen. The arrangement of Fig. 4 thus produces a shearogram. Note that Fig. 4 does not show those portions of the beams which are lost due to the beam splitter.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 bewirkt eine lineare Verlagerung des Spiegels 39 Phasenverschiebungen, so daß die Vorrichtung nach Fig. 4 zum Ausführen des Verfahrens benutzt werden kann, das oben beschrieben ist, wobei Shearogramme mit unterschiedlichen Phasenwinkeln aufgenommen werden. Die Drehung des Spiegels 41 ändert den Scherungswinkel, d.h. die Größe des Abstands der seitlich verlagerten Bilder. Das Verändern des Ausmaßes der Scherung verändert, wie oben erwähnt, die Empfindlichkeit der Messung.In the device of Fig. 4, a linear displacement of the mirror 39 causes phase shifts, so that the device of Fig. 4 can be used to carry out the method described above, taking shearograms with different phase angles. The rotation of the mirror 41 changes the shear angle, i.e. the size of the spacing of the laterally displaced images. Changing the amount of shear changes the sensitivity of the measurement, as mentioned above.

Es sei beachtet, daß die Vorrichtung nach Fig. 4 sogar dann benutzt werden kann, wenn die Spiegel nicht bewegt oder gedreht werden. Außerdem ist es möglich, den Spiegel 39 drehbar und den Spiegel 41 linear bewegbar zu machen. Es ist auch möglich, beide Spiegel linear bewegbar zu machen oder sie beide drehbar zu machen.It should be noted that the device of Fig. 4 can be used even if the mirrors are not moved or rotated. In addition, it is possible to make the mirror 39 rotatable and the mirror 41 linearly movable. It is also possible to make both mirrors linearly movable or to make them both rotatable.

Der Vorteil der Vorrichtung nach Fig. 4, ob die Spiegel bewegbar oder drehbar sind oder nicht, besteht darin, daß die Weglängen der Strahlen, die von den Punkten A und B ausgehen, dieselben oder fast dieselben sind. Das Erfordernis der kohärenten Länge des Lasers wird deshalb wesentlich reduziert, verglichen mit den anderen Ausführungsformen.The advantage of the device according to Fig. 4, whether the mirrors are movable or rotatable or not, is that the path lengths of the beams emanating from points A and B are the same or almost the same. The requirement for the coherent length of the laser is therefore significantly reduced, compared to the other embodiments.

Die beschriebene Vorrichtung, die oben erläutert ist, kann auf vielen Wegen modifiziert werden. Die besondere Einrichtung zum Analysieren der Shearogramme, welche durch die Vorrichtung erzeugt werden, kann verändert werden. Es ist auch möglich, die Reihenfolge zu verändern, in welcher die Shearogramme für beanspruchte und unbeanspruchte Zustände des Objekts aufgenommen werden. Zusätzliche Spiegel können hinzugefügt werden, um die interferierenden Strahlen auf den Detektor zu richten, falls es notwendig ist, die Position des Detektors zu ändern, was von der Forderung abhängig ist, daß die gesamte Weglänge der Strahlen kleiner als die kohärente Länge des Lasers ist.The apparatus described above can be modified in many ways. The particular means for analyzing the shearograms produced by the apparatus can be changed. It is also possible to change the order in which the shearograms are taken for stressed and unstressed states of the object. Additional mirrors can be added to direct the interfering beams to the detector if it is necessary to change the position of the detector, subject to the requirement that the total path length of the beams be less than the coherent length of the laser.

Es ist, wie oben erläutert, möglich, einige oder alle Spiegel der Vorrichtung justierbar zu machen, entweder durch Drehung oder durch lineare Verlagerung oder durch beides.As explained above, it is possible to remove some or all of the mirrors to make the device adjustable, either by rotation or by linear displacement or by both.

Mit Ausnahme der Forderung nach kohärenter Länge sind die beschriebene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren nicht durch den Typ des benutzten Lasers oder durch den besonderen Aufbau des Strahlteilers beschränkt. Die Vorrichtung kann benutzt werden, um praktisch jede Art von lichtundurchlässigem oder lichtdurchlässigem Objekt zu prüfen. Die Erfindung ist nicht auf einen besonderen Typ von Detektor beschränkt.Except for the coherent length requirement, the device and method described are not limited by the type of laser used or by the particular design of the beam splitter. The device can be used to examine virtually any type of opaque or translucent object. The invention is not limited to any particular type of detector.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Durchführung von elektronischer Shearografie mit:1. Device for carrying out electronic shearography with: a) einer Einrichtung (1) zum Erzeugen eines Strahls kohärenten Lichts, wobei die Strahlerzeugungseinrichtung so positioniert ist, daß das kohärente Licht auf ein Testobjekt (3) gerichtet wird,a) a device (1) for generating a beam of coherent light, the beam generating device being positioned so that the coherent light is directed onto a test object (3), b) einem Spiegel (5), der genügend nahe an dem Objekt (3) plaziert ist, um einen ersten Strahl, der von einem ersten Punkt (A) auf dem Objekt (3) reflektiert wird, zu empfangen und ihn zu reflektieren, um einen entsprechenden Spiegelausgangsstrahl zu produzieren,b) a mirror (5) placed sufficiently close to the object (3) to receive a first beam reflected from a first point (A) on the object (3) and to reflect it to produce a corresponding mirror output beam, c) einem Strahlteiler (7), der so angeordnet ist, daß er direkt einen zweiten Eingangsstrahl empfängt, der von einem zweiten Punkt (B) nahe dem ersten Punkt (A) auf dem Objekt (3) reflektiert wird, und einen ersten Eingangsstrahl, der der Spiegelausgangsstrahl ist, der direkt von dem Spiegel (5) her empfangen wird,c) a beam splitter (7) arranged to directly receive a second input beam reflected from a second point (B) near the first point (A) on the object (3) and a first input beam which is the mirror output beam received directly from the mirror (5), d) wobei der Strahlteiler (7), so angeordnet ist, daß er einen zweiten Ausgangsstrahl produziert, indem er den zweiten Eingangsstrahl reflektiert, und einen ersten Ausgangsstrahl parallel zu dem zweiten Ausgangsstrahl, indem er den ersten Eingangsstrahl durchläßt, undd) the beam splitter (7) being arranged to produce a second output beam by reflecting the second input beam and a first output beam parallel to the second output beam by passing the first input beam, and e) einer Videokamera (9), die so positioniert ist, daß sie den ersten und den zweiten Ausgangsstrahl aus dem Strahlteiler (7) empfängt.e) a video camera (9) positioned to receive the first and second output beams from the beam splitter (7). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (2) hat zum Aufweiten des durch die Erzeugungseinrichtung (1) produzierten Lichtstrahls, bevor der Strahl das Objekt (3) erreicht.2. Device according to claim 1, characterized in that the device has a device (2) for expanding the light beam produced by the generating device (1) before the beam reaches the object (3). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Bildverarbeitungseinrichtung (15) zum Speichern eines Bildes hat, das in der Videokamera (9) gebildet wird, wobei ein Interferenzmuster in der Kamera (9) gebildet wird und wobei die Bildverarbeitungseinrichtung (15) eine Einrichtung zum elektronischen Vergleichen von zwei so gebildeten Interferenzmustern hat.3. Device according to claim 1 or 2, further characterized in that the device has an image processing device (15) for storing an image which is recorded in the video camera (9), wherein an interference pattern is formed in the camera (9), and wherein the image processing device (15) has a device for electronically comparing two interference patterns thus formed. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Einrichtung (17) zum Justieren der Position des Spiegels (5) hat.4. Device according to one of claims 1 - 3, characterized in that the device has a device (17) for adjusting the position of the mirror (5). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung außerdem einen zweiten Spiegel (29) hat, der so angeordnet ist, daß er die Ausgangsstrahlen aus dem Strahlteiler (7) empfängt und die aus dem Strahlteiler (7) empfangenen Strahlen in die Videokamera (9) reflektiert.5. Device according to one of claims 1 - 4, characterized in that the device further comprises a second mirror (29) arranged to receive the output beams from the beam splitter (7) and to reflect the beams received from the beam splitter (7) into the video camera (9). 6. Verfahren zum Erzeugen eines Interferenzmusters aus zwei seitlich versetzten Bildern eines Testobjekts (3), wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:6. Method for generating an interference pattern from two later-offset images of a test object (3), the method comprising the steps: a) Beleuchten des Objekts (3) mit kohärentern Licht,a) illuminating the object (3) with coherent light, b) Reflektieren eines ersten Strahls des kohärenten Lichts direkt von einem ersten Punkt (A) auf dem Objekt (3) zu einem Spiegel (5) und Übertragen des reflektierten ersten Strahls direkt durch einen Strahlteiler (7) und in eine Videokamera (9),b) reflecting a first beam of coherent light directly from a first point (A) on the object (3) to a mirror (5) and transmitting the reflected first beam directly through a beam splitter (7) and into a video camera (9), c) Reflektieren eines zweiten Strahls des kohärenten Lichts direkt von einem zweiten Punkt (B) auf dem Objekt (3), wobei der erste und der zweite Punkt (A, B) nahe beieinander liegen, wobei der zweite Strahl direkt zu dem Strahlteiler (7) reflektiert wird, wobei ein Teil des zweiten Strahls durch den Strahlteiler (7) in die Videokamera (9) reflektiert wird, so daß der zweite Strahl im wesentlichen parallel zu dem ersten Strahl ist und der erste und der zweite Strahl miteinander interferieren, undc) reflecting a second beam of coherent light directly from a second point (B) on the object (3), the first and second points (A, B) being close to each other, the second beam being reflected directly to the beam splitter (7), a portion of the second beam being reflected by the beam splitter (7) into the video camera (9) so that the second beam is substantially parallel to the first beam and the first and second beams interfere with each other, and d) Beobachten eines durch den ersten und den zweiten Strahl, die für verschiedene Punktepaare auf dem Objekt (3) erzeugt werden, verursachten Interferenzmusters mit der Videokamera (9), wodurch das Interferenzmuster die Interferenz zwischen den beiden seitlich versetzten Bildern des Objekts (3) darstellt.d) observing with the video camera (9) an interference pattern caused by the first and second beams generated for different pairs of points on the object (3), whereby the interference pattern represents the interference between the two laterally offset images of the object (3). 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beleuchtens den Schritt einschließt, eine Quelle (1) kohärenter Strahlung und einen Strahlaufweiter (2), der zur Quelle benachbart positioniert ist, vorzusehen, wobei der Strahl, der das Objekt (3) erreicht, ein aufgeweiteter Strahl ist.7. A method according to claim 6, characterized in that the step of illuminating includes the step of providing a source (1) of coherent radiation and a beam expander (2) positioned adjacent to the source, the beam reaching the object (3) being an expanded beam. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt einschließt, die lineare Position des Spiegels (5) so zu justieren, daß die Länge des Weges des ersten Strahls, der von dem Spiegel (5) reflektiert wird, verändert wird.8. A method according to claim 6 or 7, further characterized in that the method includes the step of adjusting the linear position of the mirror (5) so as to change the length of the path of the first beam reflected by the mirror (5). 9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Spiegel (5) so justiert wird, daß für eine Vielzahl linearer Positionen des Spiegels (5) ein Interferenzmuster aufgezeichnet wird, wobei Interferenzmuster für jede lineare Position erzielt werden, während das Objekt (3) in zwei Spannungszuständen ist, wobei das Verfahren weiter die Schritte umfaßt, zusammengefaßte Interferenzmuster aus einem Vergleich von Mustern, die aufgenommen werden, während das Objekt (3) in den beiden Spannungszuständen ist, für jede gegebene lineare Position des Spiegels (5) zu gewinnen und die so gewonnenen zusammengesetzten Interferenzmuster zu mitteln, um ein endgültiges Interferenzmuster zu bilden.9. A method according to claim 8, wherein the mirror (5) is adjusted so that an interference pattern is recorded for a plurality of linear positions of the mirror (5), interference patterns being obtained for each linear position while the object (3) is in two stress states, the method further comprising the steps of obtaining composite interference patterns from a comparison of patterns recorded while the object (3) is in the two stress states for each given linear position of the mirror (5) and averaging the composite interference patterns thus obtained to form a final interference pattern.