198246. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés felületek alakjának, alakváltozásainak vagy alakhibáinak háromdimenziós meghatározására a Moire-jelenség segítségével, inkoherens fény alkalmazásával
3 HU 198246 B 4 érintkezést nem igényel és igen pontos. Hátránya viszont, hogy csak tükrösre polírozott felületek vizsgálatára alkalmas és hogy csak mikrométer nagyságrendű mélységméretek érzékelhetők segítségével. Hátrányos továbbá, hogy az eljárás megvalósításakor bonyolult és költséges berendezésekre van szükség. A holográfiás módszerekkel - amelyek a legutóbbi időben váltak ismeretessé - a tárgyhullám rekonstrukciójával a képtérben a tárgy valódi, reális, háromdimenziós képét hozzák létre. (A. Nussbaum - R. A. Phillips: Modern Optika, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1982, 263-275. old.). Felületek mérésére több, rendkívül pontos és érzékeny módszert is kidolgoztak már, azonban ipari alkalmazásuk nem terjedt el; ezidö szerint csak néhány publikáció vált ismeretessé. A holográfiás módszerek előnye, hogy gyors, pontos, érintésmentes eljárást jelent. Jelentős hátránya viszont, hogy drága és kényes berendezések alkalmazására van szükség, amelyeknek üzeme csak laboratóriumi körülmények között lehetséges. Tárgyak alakjának, ill. alakok eltérésének meghatározására egy további ismert eljárás az ún. moiré eljárás. F. P. Chiang: Moire Methods For Contouring Displacement, Deflection, Slope and Curvature. (SPIE Vol 153 Advances in Optical Metrology 1978); A. Holfeld: Untersuchung der Biegespannungen an dünnwandingen Bauteilen (Feingeräte-Technik 31. Jg. Heft 2/1982); Stig Willner: Moiré Topography - A Method for Schooll Screening of Scoliosis. [Archives of Orthopaedic and Traumatic Surgery. J. F. Bergmann Verlag 1973); Hiroshi Takasaki: Moiré Topography. (Applied Optics April 1973 (Vol. 12. No. 4.); B. Derup; ANwendungen der Moiré Topographie zur Diagnose und Dokumentation von Fehlbildungen des Rumpfes. Z. Orthop. 116 (1978) Stuttgart]; K. G. Harding and J, S. Harris: Projection Moire Interferometer for Vibration Analysis. [Applied Optics (Vol. 22. No. 6) 15. March 1983]; M. Haliona, R. S. Krishnamurthy, H. Lin. F. P. Chiang: Projection Moire with moving gratings for Automated 3-D topography. [Applied Optics (Vol. 22. No. 6) 15. March 1983.]; R. A. Rooth, H. J. Fankena, F. H. Groen: Moire Method to Determine Separate Frequency Contributions in Vibration Patterns. [Applied Optics (Vol. 22. No. 2) 15. January 1983], A moiré-jelenség pl. akkor jön létre, ha két, közel vagy teljesen azonos osztás-távolsággal csíkozott átlátszó felületet csíkozott átlátszó felületet helyeznek egymásra és a két csíkozatlan kisebb-nagyobb osztás, vagy szőgeltérés tapasztalható. Ekkor a két egymás mögött elhelyezkedő csíkozat váltakozó fedéseiből egy harmadik csikozat (úgynevezett moiré-csikozat) látszik kialakulni. A moiré-csíkozat sűrűsége (térfrekvenciája) bizonyíthatóan az azt létrehozó, fedésbe kerülő csíkozatok térfrekvenciájának különbségével egyenlő. Maga a moiré-jelenség mór évtizedek óta ismert, azonban méréstechnikai alkalmazása csak a legutóbbi évtizedekben kezd elterjedni. A publikációkban még csak kísérleti elrendezésekről számolnak be és csupán néhány ilyen berendezésen szerzett tapasztalatot ismertetnek. Egyszerűen kezelhető, széles körben alkalmazható moiré-berendezések, műszerek ma még nem állnak rendelkezésre, noha a mórié eljárás viszonylag egyszerű berendezéseket igényel, gyors és érintésmentes, sugárterhelés nélküli mérési eljárás, amely nemcsak a gépészeti, hanem az orvosi méréstechnikában is előnyösen alkalmazható. A felületek alakjának háromdimenziós mérésére alkalmazott ismert eljárások közül a találmányunkhoz legközelebb álló megoldásokat az alábbiakban ismertetjük. A reflexiós moiré eljárás lényege abban van, hogy egy egyenletesen megvilágított, egyenközü rács képét a szemlélő (vagy a fényképezőgép) egy félig áteresztő tükör felhasználásával két tükröződés révén látja egyidejűleg. Az egyik tükröződés a vizsgált (tükrösre polírozott) felületen, a másik egy siktükrön jön létre. A moiré-jelenséget a vizsgált felület alakjától függő tükörképtorzulások hozzák létre. Ennek az eljárásnak az előnye érzékenység és a gyors vizsgálat lehetősége. Egy kb. 100 mm kiterjedésű felületet vizsgálva már 0,005 rád. szögelfordulások ill. hullámosságok is kimutathatók. Ennek az eljárásnak azonban hátránya, hogy csak tükrös felületek vizsgálatára alkalmas és hogy - amint ez bizonyítható - a moiré-csíkok nem a felület mélységi méreteit, hanem a dőlés szögét teszik láthatóvá. Az ún. árnyék moiré eljárás lényege abban van, hogy egy egyenközü átlátszó rács mögött, amely lehet üveglapra, vagy plexilapra felvitt vonalrendszer, vagy kifeszitett huzalrács, helyezik el a vizsgált felületet. A felület megvilágítása oC szögben a rácson keresztül történik, ily módon a felületre csikós órnyékrajzolat kerül. Ezt ß szög alatt szemléljük (vagy fényképezzük) ugyanazon a rácson keresztül. A moiré-jelenség az árnyékrajzolat görbült csikjai és a rács csíkjainak eltérései következtében alakul ki és igazolhatóan a felület mélységi méreteit (szintvonalait) teszi láthatóvá. Ezt a megoldást főleg az orthopédiában, az emberi test alakjának vizsgálatára alkalmazzák. Ennek a módszernek előnye, hogy egyszerű eszközökkel valósítható meg és hogy a moiré-csíkok szabad szemmel kényelmesen tanulmányozhatók. Hátránya az eljárásnak viszont az, hogy csak diffúzán reflektáló felületek vizsgálatára alkalmas. Hátrányként említjük, hogy a moiré-csíkok mélység-egyenértéke változó, ezért a moiré-csíkok leszámlálásán kívül egy átszámítást is el kel) végezni, ha a számszerű mélységméretet akarják meghatározni. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
