Способ измерения рабочего отрезка объективов Советский патент 1986 года по МПК G01M11/00 

Изобретение относится к измерите.ч.кой технике и может быть использонано для технологического измерения и аттестанионпо1 о контроля величины рабочего отрезка об-| екти- вов в условиях серийного и массового нро- изводства.

Известен способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в построении изображения тест-об ьекта в плоскость анализа и совмещении ее с предметной нлоскостью объектива 1.

Недостатком способа является суб ьектив- ность контро;1я и малая производительность.

Наиболее близким техническим ре1нением к предлагаемому является способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в построении изображения тест- об1)екта в плоскости анализа, сканпрованпя изображения тест-объекта но г;1убине с одновременной низкочастотной и высокочастотной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании огггического сигнала в электрический, разделении сигналов на два канала, выделении огибающих электрических сигналов, сравнении сигналов с опорным си1 - налом, частота и фаза которого соотве-; - ствует частоте и фазе еканирО15ания изобра- же1шя, формировании по результатам cpaii- нения уиравляюил,его сигнала на перемещение контролируемого объектива, причем при превышении амн.читуды высокочастотного сигнала максимальной амплитуды побочного максимума на расфокусировочной кривой управляющий сигпал форми)уют путем сравнения огибающей высокочастотного сиг нала с опорным, а амгьтитуда сканирования не превышает н ирины расфок - сировочной кривой для высокой п.рострап- ственной частоты на уровне, равном iio;io- вине максимального значения |2.

Недоетатком известного способа является узкий диапазон измерения рабочих отрезков объективов нри работе на двух расфо- кусировочных кривых --- низкочас1 отной и высокочастотной.

Данный недостаток вызван тем, ч го для расн ирения диапазона измерений необходима нространственная фильтрация па низк ой проетранственной частоте. Д.чя достижения точности измерения необход,има пространственная фильтрация на высокой пространственной частоте.

Если В1)|брать пространстпенную частоту, у которой глубина модуляции в области, близкой к расфокуснровочной кривой, для высокой пространственной частоты не будет близка к нулю, т.е. расфокусировочная кривая обладает менее пологим максимумом. то одновременно уменьн1ается диапазон измерения.

Указанные обстояте;1ьетва связаны с малой амплитудой сканирования, которую нельзя увеличивать больше ширите расфо- куеировочной кривой для высокой пространственной частоты, так как в нижней части

0

0

5

она становится неспмметричнои,т.е. в резу,ль- татс ко1 тро:1я вносится )ещность изме- .

Кроме того, известный способ и устройство имеют низкое быстродействие, так как при большом смешенкн фокальной плоскости контрон П емого об ьсктива следящая система при дальней фокусировке издалека «тянет с ма. юй скорюстью, что вызва} О малой глубиной моду;: я пи п расфокуси- |Л)вочной кривой.

Указанное обстояте,;|ьство снижает нро- изводительнос1ъ контроля, что является важным фактором при коптролс серийных объективов, вьтускаемых массовым тиражо.м и требует установки доно;п1ительных устройств.

Це.ль | ;зоб|)е 1 с.чия paciniipcinic диапазона измерен1 Й.

Указанная цел достигается тем. что cor;iacno способу измере1п-1я отрезка обт.ективов, зак,:почающемуся в по- строе1П1И пзображепии тест-об ьекта в плоскости анализа, сканировании изображения тест-об ьекта по лубиие с (одновременной }1изкочастотпой и В1)1сокочастотпой фильтрацией изображспия тест-об1)екта, преобразовании оптического сиггала , электрический, разде;1епии сп1 налоз па два ,тении огибающих электрических сиг- па,:|ов. сравнении си л- алов с oiiopin iM сиг- палом, частота и (;|}аза которого соответствуют частоте и фазе сканп)ования изображения, (|)0рмированип по результатам срав- уп)авля1ОН1,егг) с;1гна;1а на п(Ч)емеще- 1п-:е );1ируемо|-о об ьектива, причем Н)и превышепни амп. дггуды 15ысокочастот- ) сигнала ,1ьпой амп;1итуды побочного максимума па расфокуси| )овочной К;)ивс);1, уг1рав;1Я1О1Ций сип.ал формируют путем сравнения огибаюн;сй вь:сокочастот- п;)го си1Д :ала с )ным. а амплитуда ска- нирова)ия не iiDeBbiiiiaCT ninpniii i расфокусировочной крдтвой для г;);сокой npocTpaii- ствень:ой частот ь; па ровпе, pan-iiOM половине макси.мального значения, прп фор.миро- вании у|1рав,чя1О1п.его cui na.ia путем сравпе- пия огибаюгдей пизкочас 1 отного снгна.та с опорным сча1;ирова1П1е но глсбине осу- н|.ествляют с амп.,титудой, lic превь Н1ающей н ирипы расфокуспровочной кривой для нил- кой нрострапствепной частоты на )нне, равном поло; ине максима.тьпого :5начепия.

На фиг. 1 предс1 авле 1а функциональная схема устройства, реализ.ун мнего пред;1а ае- мый способ; на фи1 . 2кривые, нояспяюнхнс работу стройства.

Уст ройство содержит источник 1 света, конденсор 2, тест-объект 3, вьнихшемный, например, в виде це:1евой диафрагмы, све- тоде.1ите„тьп1зп элемент 4, ко, 1л11мирующнй об1)ектив о, коптро.:п-1р /ем1)1Й об ьектн 6, блок 7 ; Ty6HHH(ircj ска1п- рог5ання с отра

11, полосовые фильтры 12 и 13, детекторы 14 и 15, фильтры 16 и 17 нижних частот конденсаторы 18 и 19, ключи 20 и 21, фильтр 22 нижних частот, компаратор 23, источник 24 опорного напряжения, фазочувст- вительный детектор 25, усилитель 26 мощ- ности, механизм 27 перемещения, индикатор 28.

Устройство работает следующим образом

Тело накала источника 1 света проектируется с помощью конденсора 2 на щеле- вую диафрагму 3.

Изображение щелевой диафрагмы 3 с помощью светоделительного элемента 4 и кол лимирующего объектива 5 строится испы- туемы.м объективом 6 на поверхности отражающего элемента блока 7 глубинного скани- рования и в обратном ходе переносится испытуемым объективом 6 и коллимируюп1им объективом 5 в плоскость анализа, которая переносится микрообъективом 8 в плоскость, в которой установлен диск 9 анализатора.

Диск 9 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображения щелевой диафрагмы 3, имеющей спектр, близкий к непрерывному.

Световой поток, промодулированный частотами, определяемыми частотой нанесения рещеток на диск 9 анализатора и скоростью вращения привода 10, попадает на фотоприемник 1.

Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника II, поступает на полосовые фильтры 12 и 13, выделяющие первую гармоническую составляющую, амплитуда которых связана с текущим положением контролируемого объектива 6.

Сигналы с выхода фильтров детектируются детекторами 14 и 15 и сглаживаются фильтрами 16 и 17 нижних частот. Модулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсаторами 18 и 19 и поступает на информационные входы к.иоче- вых элементов 20 и 21, с выхода кото- рых поступает на информационный вход фазочувствительного детектора 25, на опорный вход которого поступает сигнал с выхода блока 7 глубинного сканирования.

Напряжение с выхода фазочувствительного детектора 25 усиливается усилителем 26 .мощности и поступает на механизм 27 перемещения, связанный с контро.пируемым объективом 6, осевое положение которого контролируется индикатором 28.

При нахождении контролируемого об ь- ектива 6 в положении, соответствую1цем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива с положепие.м пред.мет- ной плоскости микрообъектива 8, первая гармоника модулирующей огибающей, выделяемой конденсорами 18 и 19, нулю. При этом на выходе фазочувствительного детектора формируется напряжение, ностоянная составляющая которого равравна20

5

ю

1525

3033о

45

на нулю, и контро.шрусмыи оо ьектпв iio перемещается.

При нахождении . 1ируемог() об ь- ектива 6 в ином положе} ии из конденсаторах 18 и 19 выделяется модулнруюп.1ая огибающая, частота которой равна частоте сканирования, а фаза зависит от знака смещения контролируемого объектива 6.

На выходе фазочувствителыюго детектора 25 формируется пульсирующее напряжение соответствующего знака, перемещаемого контролируемым объективом в положение, соответствующее его фактическому рабочему отрезку, величина которого считывается индикаторо.м 28.

При значительных смещениях контролируемого объектива от положепия, соответ- . ствуюнлего фактическому рабочему отрезку, напряжение на выходе фильтра нижних частот б;п-1зко к нулю.

Компаратор 23 формир ет напряжение, открывающее ключ 20. Tlpii этом устроГ;- ство работает по нормирующей (низкой) пространственной частоте с больнюй ам11.:|и- тудо и ска н и ров а н и я.

При малых смен1ениях контролируемого объектива 6 lia выходе детектора 15 появляется напряжение, которое сглаживается фильтром 22 нижних частот и прик. ьчды- вается к входу компаратора 23, к nepBONiy входу которого подключен источник 24 опорного напряжения.

При превышении наг1 1яжения, мого на выходе фи;1ьтра 22 нижних масгог опорного напряжения, компаратор 23 закр1 1- вает ключ 20 и открывает ключ 21 и устройство продолжает работу на высокой пространственной частоте с меныпе11 ..()й сканирования.

Папряжение источника 24 опорного напряжения выбирается Г Овия. сосп - ветствующего побочным макс11м мам li.-i рас- фокусировочной кривой д. высокой нро- странетвенной частоты (фиг.-2).

Таким образом, в устройстве осуществляется сканирование с бо. и меньн ей амплитудой.

Увеличение ампл1ггуды сканирования при фокусировагпш на низкой пространственной частоте pacniujnieT .чианазо) рения, так как уве.пичивает амплитуд} огибающей, формируемой на склонах фокуси- ровочной кривой для низкой пространственной частоты, а также повышает быстродействие с;1едян1,ей системы из-за увеличения амплитуды О1 ибаюпи5х.

Полож1-1те. 1ьный эффект от пр1-: 1ене1Н1я предлагаемо|-о способа по сравнению с известным, в котором .мереняя paOnnei o отрезка осуществляются оператором вруч- , cocTOiiT в новьппении нгюизводите.И)- ности контроля в 4 8 раз и снижении

трудоемкости процесса и утомляемости oiie- ратора.

Формула изобретения

Способ измерения рабочего отрезка объективов, заключаюпдийся в построении изображения тест-объекта в плоскости апа- лиза, сканировании изобретения тест-объекта по глубине с одновре1менной низкочастотной и высокочастотной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании оптического сигнала в электрический, разделении сигналов на два канала, выделении огибающих электрических сигналов, сравнении сигналов с опорным сигналом, частота и фаза которого соответствуют частоте и фазе сканирования изображения, формировании по результатам сравнения управляюц1,его сигнала на перемещение конт0

5

ролируемого объектива, причем при превышении амплитуды высокочастотного сигнала максимальной амплитуды побочного максимума на расфокусировочной кривой, управляющий сигнал формируют путем сравнения огибающей высокочастотного сигнала с опорным, а амплитуда сканирования не превыщает ширины расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты на уровне, равном половине максимального значения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, при формировании управляющего сигнала путем сравнения огибающей низкочастотного сигнала с опорным сканирование по глубине осуществляют с амплитудой, не превыщающей щирины расфокусировочной кривой для низкой пространственной частоты на уровне, равном половине максимального значения.

Изобретение относится к из.мерительной те.хнике и позволяет расн ирить диапазон из.мерений. При смещения.х контро.пиру- емого объектива 6 на выходе детектора 15 появляется напряжение, которое сглаживается фильтром 22 нижних частот и нрик.ча- дывается к первому входу компаратора 23, к второму входу которого подключен источник 24 опорного напряжения. При npeBiii- 1нении напряжения, формируемого на выходе фильтра 22 нижних частот, опорного напряжения ко.мпаратор 23 закрывает ключ 20 и открывает ключ 21 и продолжается работа на высокой пространственной частоте с меньшей амплитудой сканирования. 2 ил. (Л ю 4 :о 00 Фи, 1

Л Иск л Иск. и 12сн / U2ynp

LZ ff U2ijnp yuiynp

Фаг. Z