Исследование метрологических характеристик системы PulsESPI применительно к прецизионному контролю термодеформаций

В условиях имитации воздействия космического пространства при наземной экспериментальной обработке антенн и зеркальных систем космических аппаратов необходим высокоточный и надёжный контроль термодеформаций. В работе рассматривается контроль объектов размером до 1,5 м, но на практике размер может достигать 10 м. Требования по величине измеряемой термодеформации находится в пределах 10–200 мкм. Деформируемая поверхность обычно является шероховатой (Ra » λоптич.). Погрешность измерений при этом должна быть порядка 1 мкм.

Методом, отвечающим требованиям данной задачи, является метод электронной спекл-интерферометрии (ESPI). Данный метод позволяет контролировать объекты со случайно-неоднородной поверхностью. При использовании данного метода вычисляют значение фазы волнового фронта, регистрируемого цифровой матрицей камеры. Фаза содержит информацию о деформации, а для ее вычисления используется метод пространственного фазового сдвига.

Одной из измерительных систем, основанных на данном методе, является измерительная система PulsESPI (производство Carl Zeiss Optotechnik GmbH, Германия). Она обладает высокой чувствительностью, которая составляет порядка 50 нм. Однако данная измерительная система предназначена для выполнения единичных измерений. В связи с этим разработан дополнительный программный модуль для обработки и визуализации серии из нескольких сотен измерений.

Для исследования метрологических характеристик системы PulsESPI, применительно к измерению термодеформаций (многократные измерения), разработан экспериментальный стенд с тестовым объектом размером 1,5 м. С разных сторон объекта размещались система PulsESPI и интерферометр Renishaw XL-80, внесенный в Госреестр средств измерений РФ. В качестве результатов сравнивались смещение поверхности, измеренное интерферометром Renishaw XL-80, и соответствующая ей точка с карты деформаций системы PulsESPI. На разработанном стенде проведено три вида испытаний. Среднеквадратическое отклонение единичных измерений составило не более ± 0,2 мкм. При проведении серии измерений, в которых получена суммарная деформация 200 мкм, ошибка составила не более ± 1 мкм. Полученные результаты позволяют говорить о возможности применения данной системы для высокоточного контроля термодеформаций крупногабаритных объектов.