Интерферометр для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 

f

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам для бесконтактного измерения неплоскостности и непрямолинейности доведенных, шлифованных и шаброванных поверхностей как малой,«так и большой протяженностир и может быть использовано, например для измерения Неплоскостности и непрямоли- . нейности повероч-ных плит и линеек, направляющих станков и т.д.

Известен интерферометр для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей, содержащий монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков, установленный перед контролируемой поверхностью, и отражатель информационного светового пучка, уста новлеиный за контролируемой поверхностью. В данном интерферометре формирователь и отражатель выполнены в виде соответственно прозрачной и отражательной дифракционных решеток с различными частотам f) .

Недостатками интерферонетра являются сложность конструкции и большая сложность автоматизации процесса измерен 5я объектов с различной длиной контролируемой поверхности. Кроме того j для обеспечения высокой точности измерения необходимо точное совмещение на отражателе оптических осей информационного и референтного световых ,пучков,

о Наиболее близким к изобретению по технической сущности явллется интерфарометр для измерения неплоскостно.сгк и непрямолинейности поверхностей, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси монохроматический источник света,автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков к отражатель информационного светового пучка.Формиров а те ль и отражатель в нзвестнсж интерферометре выполнены в виде оп-, тического клина, у которого на, пе редннно по ходу светового пучка по- , верхность нанесено светоделительмое покрытие, а на задйюго поверхность отражающее покрытие Н «

Известный -интерферометр имеет низкую точность -и производительность измерения Это обусловлено тбм, что каждая пара оптических клиньев обеспечивает полное заполнение зрачка автоколлкмациоиной телескопической система при измерении поверхности только одной конкретной длины, В случае, если она меньше, уменьшается рабочий световой поток, а главное не будет обеспечиваться полное заполнение зрачкао Вследствие этого размеры интерференционной картины

и ее освещенность будут различными, что приводит к снижению точности измерения. На точность измерения также влияет погрешность при совмещении на отражателе оптических осей информационного и референтного световых пучков.

Кроме того, сложность- обработки интерферограмм не позволяет получить высокую производительность измерения.

Цель изобретения - повышение точности и производительности измерения „

Поставленная цель достигается тем что интерферометр для измерения неплоскрстности и непрямолинейности поверхностей, содержащий последовательно расположенные на, одной оптической оси монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель информационного светового пучка, снабжен оптическим блоком отклонения светового пучка, расположенным между автоколлимационной телескопической системой и формирователем, который вьтолнеи в виде стеклянной пластины с образцово поверхностью, обращенной к отражателю, ВЕлюлненн.ому в вид плоского зеркала, формирователь и отражатель установлены с возможностью наклона к оптической оси. .

Кроме того, оптический блок отклонения светового пучка вьтолнен в вид плоского зеркала, жестко связанного с формирователем и установленного под углом 45 к оптической оси.

. Кроме того, оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде двух вращакщихся друг относительно друга оптических клиньев.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема интерферометра для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей; на фиг. 2 - принципиальная схема интерферометра в случае выполнения оптического блока отклонения светового пучка в виде плоского зеркала, жестко связанного с формирователем, вид сверху.

Интерферометр (фиг. 1) содержит монохроматический источник света, напрмер лазер 1, автрколлимадиоиную телескопическую систему, состоякнцую из микрообъектива 2, светоделителя, выполненного, например, в виде светоделитель ной пластины 3, и коллиматорного объектива 4, оптический блок отклонения светового пучка, выполненный в виде двух вращающихся друг относительно друга- оптических клиньев 5 и б, формирователь ин 1юрмационного и реф.ентного световых пучков, вьтолненнь й в виде стеклянной пластины 7 с образцовой поверхностью А, отражатель информационного светового пучка, вьтолненный в виде плоского зеркала 8, углоизмери тельный датчик 9 формирователя и уг лоизмерительный датчик 10 отражател Между формирователем и отражателем расположена контролируемая поверхность 11, Интерферометр (фиг. 2) вместо оп тических клиньев 5 и 6 содержит плоское зеркало 12, которое посредством общего основания 13 жестко связано со стеклянной пластиной 7. Интерферометр (фиг. 1) работает следующим образом. Лазер 1 направляет световой луч в автоколлимационную телескопическу систему, формирующую расширенный и (рллимйрованный световрй пучок. Про дя микроовъектив 2, светоделительную пластину 3 и коллиматорный объектив 4 автоколлимационной телескопической системы, световой пучок направляется на оптические клинья 5 и 6, которые отклоняют его в сторону контролируемой поверхности 11 1 на угол . За оптическими клиньями 15 и 6 перед контролируемой поверхностью 11 расположена стеклянная пластина 7, образцовая поверхность которой перпендикулярна падающему на нее световому пучку. Пластина 7 формирует два световых пучка, один из которых отражается от образцовой поверхности А и образует референтный световой пучок, а второй проходит через пластину 7 и образует информационный световой пучок. Информационный световой пучок пгщает на контролируемую поверхность 11, отражается от нее и направляется на плоское зеркало 8. Отражающая повер ность зеркала 8 расположена перпенд кулярно падающему на нее информационному световому пучку, благодаря чему он,.отразившись, возвращается в строго обратном направлении снова на контролируемую поверхность 11, а затем на стеклянную пластину 7. На образцовой поверхности А стеклянной пластины 7 информационный световой пучок интерферирует с референтньш световым пучком и направляется совместно с ним последовательно на оптические клинья 6 и 5, коллиматорны объектив 4 и сЬетоделительную пластину 3, отразившись от которой соби рается в фокальной плоскости F коллиматорного объектива 4. При измерении неплоскостности и напрямолинейности поверхностей про, исходит следующее. Плоский волновой фронт информаци онного светового пучка, вследствие его взаимодействия с контролируемой поверхностью 11 претерпевает дважди искажения, пропорциональные макрои микронеровностям контролируемой поверхности 11. Искажения волнового фронта информационного светового пучка визуализируются в виде искривления информационных полос интерференционной картины, при этом искривление полос.интерференционной картины на ширину одной интерференционной полосы соответствует непрямолинейнрс А ти контролируемой поверхности -j-,, 154 пес где - длина волны источника света, а ot - угол между информационные световым пучком и контролируемой поверхностью. Перед началом измерения с целью обеспечения полно1 о заполнения зрачка автоколлимационной телескопической системы выполняют следующие операции. Устанавливают все механизмы регулировки положения оптических клиньев 5 и 6, пластины 7 и зеркала 8 в нулевое положение. Определяют по фо{ 1улеЫ.- arctg г- оптимальное значение угла oL , где D - диаметр светового пучка, а L - длина контролируемой поверхности. Наклоняют пластину 7 и зеркало 8 в сторону -контролируемой поверхности на уголо , контролируя его при помощи углоизмерительных датчиков 9 и 8. Разворачивая друг относительно друга оптические клинья 5 и 6, добиваются п-адения по нормали светового пучка на образцовую поверхность А пластины 7. Смещая в вертикальном направлении все оптические элементы, расположенные перед КОНТЕЮлируемой поверхностью 11, выставляют требуемое превышение Н опт1 ческой оси интерферометра над контролируемой поверхностью 11, которюе пред-; варительно вычисляют по формуле Н «:(в+ j} tgoC , где В-расстояние от края контролируемой поверхности 11 до образцовой поверхности А пластины 7. Тонкой регулировкой плоского зеркала 8 производят окончательную настройку. Принцип действия интерферометра (фиг. 2) аналогичен вышеописаннсму. Отличием является только отсутствие сложной операции направления по нор-мали светового пучка на образцовую поверхность А пластины 7, так как эта операция при повороте основания 13 на угол с6 выполняется автоматически. Таким образом, предлагаемый интерферометр обладает высокой точностью и производительностью измерения.

т.

1. ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕПЛОСКОСТНОСТИ И НЕПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель информационного светового пучка,о т л и ч а|Ю щ и и с я тем,что,с целью повышения точности и производительности измерения,он снабжен оптическим блоком отклонения светового пучка,расположенным между автоколлимационной телескопической системой и формирователем, который выполнен в виде стеклянной пластины с образцовой поверхностью, обращенной к, отражателю, выполненному в виде плоского зеркала, формирователь и отражатель установлены с возможностью наклона к оптической оси. 2. интерферометр по п. 1, о т л ич а ю щ и и с -я тем, что оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде плоского зеркала, жестко связанного с формирователем и установленного под углом 45° к оптической оси. (/) . 3. Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде двух вращающихся друг относительно друга оптических клиньев.

N

О)

«Nt