Способ измерения профиля оптических поверхностей Советский патент 1983 года по МПК G01B11/24 G01B9/02 G01B11/245 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол зовано для измерения и контроля пр филя сферических и асферических поверхностей оптических деталей. Известен способ измерения и кон роля профиля оптических поверхностей, основанный на применении этс1лонных поверхностей, калибров, шаб лонов, пробных стекол и других всп могательных оптических и механических элементов, с помощью которы сравнивается измеряемый профиль поверхности с ее теоретическим видом 1J . Основные недостатки данного спо ба заключаются в том, что для их реализации необходимо применение эталонных оптических или механических деталей сложных, в изготовл нии и пригодных для контроля огран ченных видов поверхностей. Кроме того, они имеют недостаточно высок точность, а область их применения ограничена. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения профиля оптических поверхностей, заключающийся в том, что направляют на измеряемую поверхность пучок параллельных лучей наклонно к поверхности, причем угол наклона является параметром, с помощью которого определяют параметр профиля (радиус сферической поверхности) , Структуру всех лучей пучка, отр женных от поверхности, измеряют пу тем измерения астигматической разности пучка лучей, сфокусированных объективом зрительной трубы 12 Известный способ применим для измерения радиусг в сферических поверхностей и практически не применим для измерения профиля других видов поверхностей, например асферических. Кроме того, способ не по зволяет измерять малые радиусы сфе ческих поверхностей и имеет недостаточно высокую точность измерени профиля поверхности. Цель изобретения - повышение то ности измерения и измерение профиля различных видов поверхностей.. Поставленная цель достигается тем, чт}р согласно способу измерени профиля оптических поверхностей, заключающемуся в том, что направля ют на измеряемую поверхность пучок параллельных лучей света, направля пучок параллельных лучей света перпендикулярно плоскости, проходящей через измеряемый профиль поверхности, так, чтобы одна часть пучка лучей света отражалась от по верхности, а другая часть пучка лу чей света проходила мимо нее, наблюдают интерференционную картину, возникающую в результате взаимодействия лучей света, отраженных от :поверхности и прошедших мимо нее и по параметрам этой картины судят о профиле поверхности. На, фиг,1 изображена, принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ измерения профиля оптических поверхностей; на фиг,, 2 - устройство, вид сверху; на фиг.З - схема преобразования интерференционной картины в случае измерения профиля сферической поверхности с радиусом R и центром С кривизны; на фиг.4 - теоретический вид интерференционной картины, представляющий собой систему интерференционных кривых эквидистантных кривой .иля поверхности. Устройство содержит п ледовательно расположенные узел, создающий параллельный пучок -лучей, например коллиматор 1, проекционный объектив 2 и регистратор 3 интерференционной картины, например фотопластинку или мозаичный фотоэлемент. . Способ осуществляют следующим образом. Исследуемую поверхность 4 освещают пучком параллельных лучей, выходящих,например из коллиматора 1, причем поверхность 4 ориентируют так, чтобы плоскость 5, содержащая измеряемый профиль поверхности 4, располагалась перпендикулярно пучку параллельных лучей, часть которых отражается от поверхности 4, а часть идет мимо нее. На фиг.З показаны луча 5 и б, принадлежащих пучку, выходящему из коллиматора 1. Луч 6 падает на поверхность 4 в точку М, отражается от нее и встречается с когерентным лучом 5 в точке А, расположенной в полости Т.. Лучи 5 и 6 образуют между собой угол 2, где f- угол наклона нормали МС к нормали ОС в вершине О поверхности 4 (фиг.З). Так как ширина интерференционных полос зависит только от длины волны света и угла между интерференцирующими лучами, то в плоскости Т образуется система интерференционных полос переменной ширины (фиг.4) локализованных в плоскости Т„ Проекционный объектив 2 строит оптически резкое изображение интерференционной картины в плоскости Р, оптически сопряженной с плоскостью Т. Таким образом, в плоскости Р образуется система интерференционных полос, точно повторяющих измеряемый профиль поверхности в ее меридиональном сечении. Измеряя параметры интерференционной картины (длину хорды ДЕ и стрелку прогиба R фиг.4), определяют профиль поверхности.

Повышение точности измерения обеспечено за счет того, что главный источник информации о профиле поверхности - интерференционная картина представляет собой, систему контрастных интерференционных полос, параметры которьах могут быть измерены значительно точнее, чем асиг-г ма ическая разность в прототипе. Процесс измерения может быть автоматизирован. Так как изображение интерференционных полос, созданных проекционным объективом, представляет собой Ьистему плоских кривых, то в качестве регистратора интерференционной картины может быть использована матрица фотоэлементов, соединенная с ЭВМ. Это дает впзможнЪсть создать замкнутый технологический цикл обработки поверхностей по схеме: станок-контроль-ЭВМ.

Предлагаемый способ позволяет измерять профиль практически всех видов оптических поверхностей, в том числе асферических поверхностей вращения, цилиндрических торических, выпуклых и вогнутых поверхностей оптических деталей. Наиболее эффектив0ное применение способа может найти для измерения профиля крутых асферических поверхностей малого диаметра, например, поверхности роговицы человеческого глаза, поверхностей {контактных линз для коррекции зре5ния, асферических линз микрообъектиВОВ и т.д.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ , ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, заключающийся- в том, что направляют на измеряемую поверхнос1 Ь пучок параллельных лучей света, о т л и ч а ющ и я с я тем, что, с целью повышения точности измерения и измерения профиля различных видов поверхностей, направляют пучокпараллельных лучей света перпендикулярно плоскости, проходящей через измеряемый профиль поверхности, так, чтобы одна часть пучка лучей света отражалась от поверхности, а другая часть пучка лучей света проходила мимо нее, наблюдают интерференцибнную картину, возникающую в результате взаимодействия лучей света, отраженных от поверхности и проi шедших мимо нее, и по параметрам этой картины судят о профиле опти(О ческой поверхности. 4:: 4 :о о:)

-7-7

-п/

фив2