Measurement of small movements and vibrations by laser photography

Abstract

Most of the holographic techniques applied so far for non-contacting measurements of surface displacements are highly sensitive. But the interpretation of the interference fringes obtained is usually rather difficult for a non-expert, especially for the study of tilts in the presence of lateral in-plane movements. Moire techniques could be applied to overcome some of the difficulties encountered but they require a relatively flat surface, which needs to be specially prepared. The application of speckling, a well-known phenomenon in coherent optics, was found to be very convenient for the investigation of lateral in-plane displacements and vibrations in the presence of tilts. The speckle pattern can be regarded ,as related to the object and hence will be displaced if the object or part of it is moved. For the analysis of in-plane movements or tilts the speckle pattern is photographed in the image plane or the Fourier transform plane of the object, respectively, before and after the movement has taken place. From the diffraction effects of the recorded speckle patterns the movement of the object is determined. Different techniques to measure rigid-body translations, tilts and surface vibrations will be demonstrated and a comparison with other methods given together with the appropriate experimental results.

Die meisten holographischen Techniken, die bis jetzt für die berührungslose Messung von Oberflächenveränderungen angewendet werden, sind hochempfindlich. Aber die Deutung der erhaltenen Interferenzstreifen ist normalerweise ziemlich schwierig für Laien, besonders bei der Untersuchung von Verkippungen in der Gegenwart von seitlichen Bewegungen in der Ebene. Die Moire-Technik konnte angewendet werden, urn einige der auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden, aber sie verlangt eine relativ ebene Oberfläche, die speziell vorbereitet werden muss. Die Granulation, ein in der koherenten Optik bekanntes Phänomen, erwies sich als geeignet, urn bei seitlichen Verschiebungen und Schwingungen in der Ebene in der Gegenwart von Verkippungen angewendet zu werden. Die Granulation kann als mit dem Objekt zusammenhängend betrachtet werden, und sie wird infolgedessen bewegt, wenn das Objekt oder ein Teil von ihm bewegt wird. Für die Analyse von Bewegungen oder Verdrehungen in der Ebene wird die Granulation in der Bildebene oder Fourier-transformierten Ebene des Objektes photographiert, u.z. vor und nach der Bewegung. Aus den Beugungseffekten der festgehaltenen Granulation wird die Bewegung des Objektes bestimmt.