Устройство для контроля качества оптической системы Советский патент 1984 года по МПК G01M11/02 

1 Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля оптически систем в условиях производства. Известно устройство для иитерференхщониого контроля качества оптической поверхности вогнутого зеркал содержащее точечный источник света, расположенный в центре его кривизны и светоделительный кубик. В откловенном пучке установлено сферическо зеркало, а во второй ве1-ви за авто коллимационной точкой помечают глаз для наблюдения интерференционной картины Г)3. Недостатками данного устройства являются субъективность и высокая трудоемкость контроля, сложность и низкая точность расшифровки иитерферограммы, невозможность контроля при вибрации. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для контроля качества изображения оптической системы, содержащее расположенный перед оптической системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блоком передающей трубки и блоком кадровой разверт ки и электронную систему обработки сигнала, включакмцую последовательно соединенные пороговый усилитель, диф ференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой -регистратор Г2. Недостатком известного устройства в условиях цеховых вибраций является невозможность, измерения фотометрических сечений при нестабильности положения изображения точки на мишени передающей телевизонной трубки. Целью изобретения является повышение чувствительности и иадежности контроля в условиях вибраций, которые практически неизбежны в деховых условиях, и повышение точности контроля волновых аббераций системы в условиях вибрации. Указанная цель достигается тем, что в yctpoйcтвo для контроля качества оптической системы, содержащее расположенный перед оптической системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпенди 0 кулярио оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блоком передающей трубки и блоком кадровой развертки, и злектронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговый усилитель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор , введены установленный в плоскости точечного источника обтюратор с устройством изменения угла раскрытия и электроприводом, блок синхронизации и электронное запоминающее устройство, при этом электропривод обткфатора подключен через блок синхронизации к выходу блока кадровой развертки телевизионной установки, выход которой связан с входом электронного запоминающего устройства, к выходу которого подкогвочена электронная схема обработки сигнала. Кроме того, при контроле волновых аббераций системы, в устройство введены расположенный между точеч- . ным источииком и оптической системой светоделитель и установленный перед блоком передающей трубки объектив, оптически сопрягающий зрачок контролируемой системы с мишеиью трубки, при этом в одном из двух каналов, образуемых светоделителем, за контролируемой системой установлено автоколлимационное зеркало, а в другом - откидная заслонка и эталонное сферическое зеркало, а в электронную систему обработки сигнала введен блок измерения координат, вход которого соединен с дифференцирующим блоком, а выход - с цифровым регистратором. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства в варианте контроля качества изображения оптической систе в проходящем свете в условиях вибраций; на фиг, 2 принципиальная схема устройства в варианте интерференционного контроля аберраций системы или качества оптической поверхности в режиме автоколлимации в условиях вибраций, Устройство содержит точечный источник I света, обтюратор 2 с электроприводом 3 и устройством 4 измерения углов раскрытия, фотометрический клин 5 с возможностью перемещения Б плоскости, 11ерпендикуляр}го11 оптической оси. Указанные элементы схемы расположены перед исследуемой оптической системой 6, а за нею установлена телевизионная установка 7 с блоком передающей трубки 8 и блоком кадровой развертки 9, к которо му через блок синхронизатора 10 пЬд ключен электропривод 3 обтюратора. К выходу блока передающей трубки последовательно подключены электронное запоминающее устройство, например видеомагнитофон 1I, порогошдй усилитель 12, дифференцирумций блок 13, блок 14 измерения плоцади и цифровой регистратор 15, соетад(ляи«ив электронную систему 6 обработки сигнала.

При контроле абберадий оптических систем и качества оптических поверх ностей используется вариант yCf ройства, схема которого показвмя Яа фиг. 2. В схему введен светоделитель 17, за которым в одной ветви расположена контролируемая системд 6 и за нею - автоколлимационное зеркало 18, а во второй ветви эталонное сферическое зеркало 19 с откидной заслонкой 20. В ветви наблюдения установлен блок передающей трубки с расположенным перед трубкой объективом 21.

В электронную систему 16 обработки сигнала введен блок 22 измерения координат контуров, связанный с цифровым регистратором 15. Точечный источник создается, например, путем фокусирования объективом лазерного пучка непрер шного лазера.

При наличии вибраций в схеме контроля пятно рассеяния на мишени телевизионной трубки смещается и смазывается, вызывая погрешности.

Обтюратор 2 вращается с частотой, равной (или кратной) частоте кадровой развертки телевизионной установки, обеспечивая кратковременное открытие точечного источника света. При этом за время открытия ра изображение на мишени остается практически неподвижным.

Устройство работает следукячим образом.

Точечный источник света 1 (.фиг.1) изображается исследуемой системой 6 на мишени передающей телевизионной трубки 8 в виде пятна рассеяния.

В исходном СОСТОЯШ1И фотометрический клин 5 полностью введен и

чувствительность телевизионной установки 7 отрегулирована таким образом, что исходный световой поток в схеме контроля вызывает формирование

изображения линии равного уровня освещенности (изофоты) в пятне рассеивания,соответствую|ф1Й максимуму относительной освещенности.

Контурная линия формируется с

помощью порогового усилителя 12 и диффервициирупщего блока 13, после чего иэображеиие подается на блок 14 измерения плоцади, отсчеты которого ивдицируются цифровым регистратором 15 площадей. При перемещении фотометрического клина выделяется последовательно ряд изофот, ха- рактеризуиви распределен1)1е освещенности в пятие рассеяния. Далее

измерительные данные могут (Ялть илведешл на ЭИИ для мате14атической обработки, Дополнителььсую информацию о характере изображения и о«ибках систеьы дает качественная оцеика

Фор|«л изображения точки на экране видеоконтрольного устройства, которое может быть включено на выходе телевизионной установки.

При Контроле аберраций оптической системы и качества оптических поверхностей устройство (фиг. 2) работает следующим обарзом. Точечный источник 16 света дает расходящийся пучок лучей, который проходит

обтюратор 2 и фотометрический клин 5 и разделяется светоделительным кубиком I7 на две ветви, в одной из которых установлена исследуемая оптическая система 6 и расположенное за ней автоколлимационное зеркало 18. Форма автоколлимационного зер-. кала зависит от характеристик исследуемой системы. При контроле объектива, рассчитанного на работу из бесконечности, используется плоское зеркало. Объектив, работаюгдий с конечного расстояния, используется со сферическим зеркалом, центр кривизны которого совмещен с передней

точкой схождения лучей исследуемого объектива. Может быть использовано и плоское зеркало, установленное в плоскости изображения точечного источника, как показано на фиг. 2,

если абберации исследуемого объектива асимметричны. Отраженный в автоколлимации пучок проходит вторично светоделительный кубик и фокусируется в точку, расположенную в зрачке объектива 21, который изображает зрачок исследуемой системы 6 на ми шень передающей трубки 8. Во второй ветви эа кубиком пучок от источника 1 отражается от эталонного сферического зеркала 19. На светоделительной грани кубика пучки складывгиотся и интерферируются. Интерференционная картина формируется на мншени трубки 8 и преобразуется в видеосигнал, который через тракт видеомагнитофона 11 попадает на пороговый усилитель.

При вибрации в схеме контроля на блкщается быстрое перемещение интерференционных полос, что снижает точность контроля, а нередко контроль становится невозможным, так как полосы неразличимы из-за смывания. Для устранения вл{1яния вибрации служит обтюратор 2, привод 3 которого через блок Q синхронизации связан с блоком кадровой развертки 9. Благодаря короткому времени экспозиции на мишени трубки 8 регистрируется четкое интерференционное изоб1ражение. Ширина щели обтюратора, необходимая для получения четкого изображения, устанавливается устройством 4 изменения угла раскрытия.

Последовательность кадров неподвижных изображений интерферограммы записывается на видеомагнитофон 11 в процессе контроля. В момент остановки видеомагнитофона на нем воспроизводится кгщр видеозаписи изображения неподвижной части интерференционной картины. Плавные градации интерференционных полос трансформируются пороговым усилителем 12 и дифференцирующим блоком 13, в результате каждая полоса изображается парой

четких контуров - изофотами интерференционной полосы. Перемещением клина 5 добиваются выделения изофоты требуемого уровня для получения чет5 кого изображения, что резко повышает точность считывания координат полос. Автоматическое считываниекоорданат производится блоком 22. Данные индицируются цифровым регистратором М5 и могут быть введены для обработки в ЭВМ.

В этой же скене может быть использована структура автоколлимационного изображения точкипри оценке качест5 ва изображения, для чего эталонное зеркало закрывают откидной заслонкой 20 и удаляют из схемы объектив 21. Измеренные координаты изрфот пятна рассеяния служат для определения

0 критериев качества изображения, частотно-контрастной характеристики, разрешения, концентрации энергии и т.д.

Технико-экономическое преимущест во изобретения перед известным аналогичным решениям состоит в повышении чувствительности контроля в условиях вибраций, неизбежных в условиях производства, так как вибрации,

0 вызывающие перемещение изображения в процессе контроля, вызывают повышение погрешностей контроляили делают его вообще невозможным при использовании известных решений.

I

Устранение влияния вибрации и

получение неподвижшз1х изображений позволяет вести контроль в процессе производства с высокой точностью и 0 надежностью.iУстраняется необходимость громоздких и дорогостоящих антивибрационных приспособлений и платформ.

/j

Фиг

I

I. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ. КАЧЕСТВА ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, содержащее расположенный перед оптической системой точечный источник света, фотометрический клин, установленный с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, расположенную за оптической системой телевизионную установку с блока передающей трубки и блоком кадровой развертки, и электронную систему обработки сигнала, включающую последовательно соединенные пороговьш ус11литель, дифференцирующий блок, блок измерения площади и цифровой регистратор, отличающеес я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности контроля п условиях вибрации, в него введены установленный в плоскости точечного источника обтюратор с устройством изменения угла раскрытия и электроприводом, блок синхронизации и электронно.е запоминание а устройство, при этом электропривод обтюратора подключен через блок синхронизации к выходу блока кадровой развертки телевизионной установки, выход которой связан с входом электронного запоминающего устройства, к выходу которого подключена электронная схема обработки сигнала. 2. Устройство по п. , о т л и ч а 50 щ е е с я тем, что, с целью повьпиения точности контроля волно-.. .вых аббераций системы в условиях вибраций, в устройство введены расположенный между точечным источником и оптической системой светоделитель и установленный перед блоком передаюS щей трубки объектив, оптически сос прягающий зрачок контролируемой сисtiasA темы с мишенью трубки, при этом в одном из двух каналов, образуемых светоделителем, за контролируемой системой установлено автоксллимацион00 ное зеркало, а в другом - откидная заслонка и эталонное сферическое зеркало, а в электронную систему обработки сигнала введен изме-рения координат, вход которого соединен с дифференцирующим блоком, а выход - с цифровым регистратором.