СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРШИННОГО ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ Российский патент 2011 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при определении вершинных фокусных расстояний оптических деталей, у которых отрицательные фокусные расстояния имеют большую величину.

Известен способ измерения вершинных фокусных расстояний отрицательных систем, при котором наблюдательный прибор после фокусирования на заднюю поверхность контролируемой детали перемещают в сторону коллиматора, а затем производят фокусирование на изображение сетки, расположенной в фокальной плоскости объектива коллиматора. По разности отсчетов положений наблюдательного прибора определяют вершинное фокусное расстояние (Л.М.Кривовяз, Д.Т.Пуряев, М.А.Знаменская. Практика оптической измерительной лаборатории. М.: Машиностроение, 1974, стр.190-191).

Недостатком этого способа является необходимость использования длиннофокусного объектива наблюдательного прибора с величиной, превосходящей величину измеряемого вершинного фокусного расстояния. Длиннофокусные объективы, как правило, обладают низким значением относительного отверстия, что приводит к существенному снижению точности фокусирования и, как результат, к большой погрешности измерения величины вершинного фокусного расстояния. Реализация данного способа требует также наличия устройства линейных перемещений наблюдательного прибора или контролируемой детали в диапазоне, превышающем величину измеряемого параметра, что при значениях вершинного фокусного расстояния - 1500÷2500 мм является весьма проблематичным.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ измерения вершинного фокусного расстояния оптической детали, реализуемый с помощью устройства по авторскому свидетельству №1267192, кл. G01M 11/00, опубл. 1986. Согласно этому способу в отсутствие измеряемой детали производится совмещение фокусов измерительного и зеркально-линзового объективов рабочей ветви интерферометра. Снимается отсчет A₁ о положении измерительного объектива. Затем в рабочую ветвь устанавливается измеряемая деталь и производится ее центрирование при направлении коллимированного излучения интерферометра с помощью объективов сфокусированными пучками с двух сторон на измеряемую деталь в центры кривизны поверхностей детали. На следующем этапе производится измерение толщины детали при фокусировании коллимированного излучения в вершины поверхностей детали. Фокусирование излучения происходит за счет смещения вдоль оси измерительного объектива и детали. Положение детали фиксируется и снимается отсчет А₂ о положении измерительного объектива. На последнем этапе производится совмещение переднего фокуса детали с фокусом измерительного объектива за счет смещения последнего вдоль оси. При этом снимается отсчет А₃ о положении измерительного объектива. Затем по формуле определяется величина вершинного фокусного расстояния с использованием снятых отсчетов о положениях A₁÷А₃ измерительного объектива.

Недостатками этого способа являются необходимость использования длиннофокусного измерительного объектива с величиной, превосходящей величину измеряемого вершинного фокусного расстояния, и соответствующего ему по оптическим параметрам длиннофокусного зеркально-линзового объектива. Реализация данного способа требует также наличия устройства линейных перемещений измерительного объектива и детали в диапазоне, превышающем величину измеряемого вершинного фокусного расстояния, что в совокупности приводит к неоправданно большим габаритам установки.

Целью изобретения является упрощение способа измерения и обеспечение минимизации относительных линейных перемещений при проведении измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения вершинного фокусного расстояния оптической детали, заключающемся в фокусировании коллимированного излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали, обращенную в сторону зеркала, смещении измеряемой детали, снятии отсчета начального и конечного положений детали, перед фокусированием излучения в одну из вершин измеряемой детали последнюю перекрывают с помощью экрана от прохождения через нее коллимированного излучения, а перед смещением детали экран убирают и устанавливают защиту от прохождения коллимированного излучения на зеркало, причем смещение измеряемой детали производят до момента совмещения фокальной плоскости детали с центром кривизны сферического зеркала, при этом величину вершинного фокусного расстояния определяют по формуле

,

где R - радиус кривизны сферического зеркала;

А₁ - отсчет о положении измеряемой детали в момент фокусирования излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали,

А₂ - отсчет о положении измеряемой детали в момент совмещения ее фокальной плоскости с центром кривизны сферического зеркала.

Экраны, частично перекрывающие коллимированное излучение, применяют для исключения попадания нежелательного светового потока в регистрирующее устройство и повышения точности позиционирования измеряемой детали.

На фиг.1 представлена схема осуществления способа в момент снятия отсчета начального положения измеряемой детали.

На фиг.2 представлена схема осуществления способа в момент снятия отсчета конечного положения измеряемой детали.

На фиг.1 в рабочей ветви интерферометра 1 по ходу коллимированного излучения устанавливают зеркало 2 со сферической отражающей поверхностью. Для обеспечения минимальной величины перемещения измеряемой детали радиус кривизны R отражающей поверхности зеркала выбирается приблизительно в два раза большим, чем измеряемая величина вершинного фокусного расстояния. Между выходным окном интерферометра 1 и зеркалом 2 устанавливают устройство 3 линейных перемещений измеряемой детали 4. Удаленность зеркала 2 выбирается таким образом, чтобы фокальная плоскость сферической поверхности зеркала располагалась в середине диапазона линейных перемещений устройства 3. Измеряемую деталь 4 устанавливают на устройство 3, расположив ее оптическую поверхность, относительно которой будут вестись измерения, так, чтобы она была обращена в сторону зеркала 2. С помощью экрана 5 перекрывают коллимированное излучение интерферометра 1, которое непосредственно направлено на деталь 4. Смещают деталь 4 с помощью устройства 3 вдоль оси коллимированного излучения до момента фокусирования излучения, не прошедшего через деталь 4 и отраженного от поверхности зеркала 2, в вершину поверхности детали 4, обращенную в сторону зеркала 2. Точность фокусирования контролируется по виду интерференционной картины на мониторе интерферометра, которая должна представлять систему полос максимальной прямолинейности. В момент фокусирования излучения с помощью сферического зеркала 2 в вершину поверхности детали 4 с датчика устройства 3 снимают отсчет A₁ о положении измеряемой детали 4.

На следующем этапе (фиг.2) устанавливают экран 6, перекрывающий коллимированное излучение, направленное непосредственно на зеркало 2, и убирают экран 5. Затем смещают деталь 4 с помощью устройства 3 вдоль оси коллимированного излучения до момента совмещения фокальной плоскости детали 4 с центром кривизны зеркала 2. В этом случае коллимированное излучение, пройдя через деталь 4, будет направлено по нормалям к сферической поверхности зеркала 2 и после отражения от него повторит свой путь в обратном направлении. Точность совмещения контролируется по виду интерференционной картины на мониторе интерферометра, которая должна представлять систему полос максимальной прямолинейности. В момент совмещения фокальной плоскости детали 4 с центром кривизны зеркала 2 с датчика устройства 3 снимают отсчет А₂ о положении измеряемой детали 4.

Затем производят расчет величины вершинного фокусного расстояния измеряемой детали по формуле:

,

где R - радиус кривизны сферического зеркала;

А₁ - отсчет о положении измеряемой детали в момент фокусирования излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали,

А₂ - отсчет о положении измеряемой детали в момент совмещения ее фокальной плоскости с центром кривизны сферического зеркала.

Знак «+» используется в случае, если деталь 4 при измерениях смещается от положения А1 до положения А2 в сторону от зеркала 2, знак «-» используется в случае, если деталь 4 при измерениях смещается от положения А1 до положения А2 в сторону зеркала 2.

Как видно из формулы, величина смещения детали 4 может быть небольшой и определяется соотношением номинального значения измеряемого параметра и величиной радиуса R кривизны сферического зеркала. Так как номинальное значение может быть известно из чертежа измеряемой детали, то выбором величины радиуса R можно существенно уменьшить диапазон перемещений детали при измерениях.

Предложенный способ позволяет упростить и процесс измерений, т.к. используется только одно устройство линейных перемещений, причем небольшой длины, отсутствует измерительный объектив и специальный зеркально-линзовый объектив заменен сферическим зеркалом.

Изобретение может быть использовано при определении вершинных фокусных расстояний оптических деталей с большими отрицательными фокусными расстояниями. Способ включает фокусирование коллимированного излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности измеряемой детали, обращенную в сторону зеркала, смещение детали, снятие отсчета начального и конечного положений детали. Перед фокусированием излучения в вершину измеряемой детали ее перекрывают экраном от прохождения через нее коллимированного излучения. Перед смещением детали экран убирают и устанавливают защиту от прохождения коллимированного излучения на зеркало. Смещение измеряемой детали производят до момента совмещения фокальной плоскости детали с центром кривизны сферического зеркала. Величину вершинного фокусного расстояния определяют по формуле , где R - радиус кривизны сферического зеркала; А₁ - отсчет о положении измеряемой детали в момент фокусирования излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали, А₂ - отсчет о положении измеряемой детали в момент совмещения ее фокальной плоскости с центром кривизны сферического зеркала. Технический результат - упрощение измерений и минимизация относительных линейных перемещений при проведении измерений. 2 ил.

Способ измерения вершинного фокусного расстояния оптической детали, заключающийся в фокусировании коллимированного излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали, обращенную в сторону зеркала, смещении измеряемой детали, снятии отсчета начального и конечного положений детали, отличающийся тем, что перед фокусированием излучения в одну из вершин измеряемой детали последнюю перекрывают с помощью экрана от прохождения через нее коллимированного излучения, а перед смещением детали экран убирают и устанавливают защиту от прохождения коллимированного излучения на зеркало, причем смещение измеряемой детали производят до момента совмещения фокальной плоскости детали с центром кривизны сферического зеркала, при этом величину вершинного фокусного расстояния определяют по формуле
,
где R - радиус кривизны сферического зеркала;
А₁ - отсчет о положении измеряемой детали в момент фокусирования излучения сферическим зеркалом в вершину поверхности детали;
А₂ - отсчет о положении измеряемой детали в момент совмещения ее фокальной плоскости с центром кривизны сферического зеркала.