Устройство для контроля линейных размеров объекта Советский патент 1984 года по МПК G01B11/02 

(Л

с

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТА, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения,, фокусирующий объектив, систему переноса изображения, систему формирования сигналов и следящую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено мультиплицирующим элементом, расположенным между источником когерентного излучения и фокусирующим объективом и выполненным в виде фазовой дифракционной решетки с фазовым рельефом не менее 2,405 радиан.

/

fTT

f

О9 О5

i: Од

оо

Фиг.

И()бретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для измерения линейных размеров объекта, для контроля размеров и форм радиокомпонентов из ленточных, пластинчатых и пленочных материалов, используемых при их изготовлении.

Известно устройство для контроля линейН1 1х размеров объекта, содержащее источник излучения и регистрирующий элемент, причем источник излучения, отражающая точка на контролируемой поверхности объекта и регистрирующий элемент располагаются в вершинах плоских фигур (треугольников) 1.

Недостаток устройства :- низкая точность контроля.

Наиболее близким к изобретению по тех1Н1ческой сущности является устройство для контроля линейных размеров объекта, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, фокусирующий объектив, систему переноса изображения, систему формирования сигналов и следяп1ую систему 2J.

В извecт oм устройстве с помоп1ью следящей системы поддерживается постоянным расстояние от контролируемой поверхности до базовой плоскости устройства. Величину и направление отклонения размера от заданного базовой плоскостью значения контролируют по степени расфокусировки светового луча на контролируемой поверхности. Поэтому точность контроля H3Be(TtrbiM устройCTB jM определяется глубиной .резкости фокусирующего объектива. Значение глубины резкости обратно пропорционально диаметру действующей апертуры оптической системы, который ограничивает полосу передаваемых ею пространственных частот.

Путь с 1иже1П1Я величины глубины резко изображаемого пространства фокусируюп1его объектива -- увеличение eio апертуры. Однако этот путь неприемлем. Он ведет к использованию дор01их уникальных объективов, создание которых представляет собой сложную технологическук) за.аачу.

Таким образом, известное устройство не обеспечивает высокую точность контроля.

Цель изобретения - новькиение точности контроля.

Поставленная нель достигается тем, что устройство для контроля линейных размеров объекта, coaeii/Kniiiee последовательно расположенные источник когерентного излучения, фокусирук)щи(| об-ьектив, систему нереноса изображ(М)ия, систему формирования сигналов и слелян1ую систему, снабжено мультиплиииру|П1 1им э.чементом, расположенным между источником излучения и фокусирующи.м об(,ективом и выполненны.м в виде фазг) дн1()ракннонной рен1е1кн с (()а.чоиым f)e. не менее 2.105 рялнан.

На фи|-. 1 изображена блок-схема устройства для контроля линейных размеров объекта; на фиг. 2 - аппаратная функция оптической системы устройства с мультиплицирующим элементом для различных степеней модуляции его фазового рельефа.

Устройство для контроля линейнь(х размеров объекта содержит последовательно расположенные источник 1 когерентного излучения, мультиплицирующий элемент 2, выполненный, например, в виде фазовой дифракционной рещетки с фазовым рельефом не менее 2,405 радиан, фокусирующий объектив 3, систему 4 переноса изображения, систему 5 формирования сигналов и следящую систему 6.

Устройс во работает .следующим образом.

Формируемый источником когерентного излучения расходящийся световой луч ди0 фрагирует на фазовой дифракционной решетке и объективом 3 фокусируется на поверхность контролируемо10 объекта 7. После отражения света изображение точечного источника 1 когерентного излучения системой 4

5 переносится в плоскость регистрации. Если световой луч точно сфокусирован на поверхности объекта 7, то сигнал на выходе системы 5 формирования сигналов отсутствует и вся система находится в равновесии. При смеп1ении поверхности контролируемого объ-

0 екта 7 в ту или иную сторону, вызванном изменением размера d, на выходе системы 5 формирования сигналов появится информационный сигнал с фазовой, зависящей от направления расфокусировки. Этот сигнал управляет работой следящей системы 6, которая перемещает фокусирующий объектив 3 до устранения расфокусировки. В процессе работы следящей системы 6 определяется положение фокусирующего объектива 3, повторяющее профиль контроли(}уемого объекта 7.

Чем -меньше апертура объектива, тем меиьшая часть сферической волны проходит в пространство изображений и тем меныне имеется информации о кривизне сферической поверхности и соответственно о .месте локали5 зацин точечного источника вдоль оси оптической системы. Это выражается в степени днфракционной «размытости изображения в плоскости объекта 7 при точной фокусировке. Введение фазовой дифракционной ре„ щетки в нредметное нространство позволяет передать через фокусируюн1ий объектив 3 несколько различных участков поверхности сферической волны. Это дает дополнительную информацию о радиусе кривизны волнового фронта и, следовательно, о местополо5 женин точечного источника I когерентною излучения, что эквивалентно увеличению относительного отверстияоптической системы устройства. На фиг. 2 П((х) распределение интенсивности в центральном спектральном максимуме; х - координата в спектральной плоскости; jt- длина волны света; Ei- расстояние от фокусируклцего объектива 3 до спектральной плоскости; D - апертура объектива 3. Кривая 8 - распределение интенсивности обычной оптической системы (ДЗ 0), кривые 9-И - распределение интенсивности оптической системы устройства с мультиплицируюнхим элементом, фазовый рельеф которого соответственно меньше, равен и больше значения 2,405 радиаи. Теоретический анализ оптической системы устройству, показывает, что ее аппаратная функция 3, (xj,) описывается квадратом произведения пространственного Фурье-образа функции sine (D; зрачка на функцию «(ДЗ; XI) автокорреляции пропускания фазовой дифракционной решетки: CIo(xi)3o(uS;Xt).stncfD;xi). О) где Х{ - система координат в спектральной плоскости; flt -фазовый рельеф дифракционной решетки: разность между максимальным и минимальным значением фазового сдвига, приобретаемого светом при дифракции на решетке;D - апертура фокусирующего объектива. График этой зависимости показан на фиг. 2 для разных значений AJ. Число 2,405 является первым корнем управления (tXi) : 0. Из графика следует, что распределение sinc (D; XL), характерное для обычной опт 1ческой части устройства, заменяется на более узкое распределение, описываемое уравнением (1), т. е. глубина резкости, а следовательио, и точность контроля размеров, определяется параметром Аф мультиплицирующего элемента, а не апертурой фокусирующего объектива 3, в чем и заключается основное преимущество предлагаемого устройства. Таким образом, введение в оптическую систему устройства мультиплицирующего элемента, например, дифракционной рещетки, позволяет увеличить полосу пространственных частот, передаваемых фокусируюЩ объективом при сохранении его апертуры. Анализ показывает, что, аппаратная . функция оптической системы в этом случае определяется в основном главным максимумом функции автокорреляции дифракционной решетки. При наличии достаточной степени модуляции рельефа решетки можно получить малую ширину центрального спектрального максимума, что равносильно увеличению действующей апертуры фокусирующего объектива и, следовательно, снижению значения глубины резкости (повышению точности контроля). Простота голографической технологии изготовления мультиплицирующих элементов обеспечивает значительный экономичесюй эффект от применения описываемого устройства. Кроме того, устройство контроля линейпых размеров объекта позволяет контролировать размеры и профили поверхностей в процессе их обработки.

f.OO

оМ