Интереферометр для контроля формы вогнутых эллиптических поверхностей Советский патент 1988 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим измерениям и может быть использовано для контроля формы асферических поверхно.стей.

Цель изобретения - расширение диапазона контролируемых поверхностей за счет устранения необходимости использования эталонных поверхностей. Ю

На чертеже изображена оптическая схема предлагаемого интерферометра.

Интерферометр содержит лазер 1, микрообъектив 2, диафрагму 3 и объектив 4, образую1цие осветительную сие- 15 тему 5, светоделительньй кубик 6, штосковыпуклые линзы 7 и 8 с выпуклыми аплаиатическими поверхностями, поглощающий элемент 9, устандвленньп на кубике 6 в ходе отраженного от 20 светоделительной грат: излучения, и концентрическую линзу 10, На чертеже также изображены деталь 11 с контролируемой поверхностью 12 и регистратор 13 интерференционной картины.

Из лазера 1 выходит практически параллельный пучок лучей и поэтому расстояние между лазером 1 и микрообъективом 2 не является принципиаль- HbLM. Диафрагма 3 установлена практи- 30 чески в фокусе микрообъектива 2, осветительная система 5 установлена так, что ее задний фокус совмещен в прямом ходе лучей с гранью кубика 6, лежащей в ходе лучей, прошедших све- 35 тоделительный кубик 6. Исходя из этого условия, фокусные расстояния и толщины указанных элементов, а также расстояния между ними можно опре25

ся объективом 4 и плосковыпуклой линзой 7 на выходную грань светодел тельного .кубика 6 (точка F). Часть светового потока, отраженная разделительной поверхностью кубика 6, по глощается элементом 9. Сфокусирован ный в точке F световой поток части но отражается и частично проходит ч рез выходную грань. Отраженный пучо используется в качестве эталонного пучка сравнения. Вышедший из кубика 6 световой пучок отражается от конт poлlipyeмoй поверхности 12, вьшуклой зеркальной поверхности концентричес кой линзы 10 и повторно от контроли руемой поверхности 12. Этот светово пучок несет в себе информацию об ошибках формы контролируемой поверх ности 12 и образует с эталонным пуч ком сравнения интерференционную кар в виде концентрических колец. Так как световые лучи дважды отража ся от контролируемой поверхности 12 в точках, симметричных относительно ее вершины, то одно интерференционн кольцо соответствует симметричной ошибке, равной А/4. При визуальной оценке кольцевой интерференционной картины можно подсчитать число коле с погрешностью, равной половине кол ца. Это соответствует ошибке формы поверхности 12, примерно равной 0,1 мкм, что бьшает достаточным для большинства практических случаев.

Для получения максимального контраста интерференционной картины, что имеет место при равенстве интен сивностей интерферирующих пучков,

делить общеизвестным формулам геомет- 40 необходимо выполнить следующее равенство, связывающее коэффициенты р и CD отражения и пропускания 1светоделительной поверхности выход- |ной грани кубика 6 с коэффициентами 45 РКП вз отражения контролируемой поверхности и вспомагательной зеркальной поверхности:

рической оптики. Плосковыпуклые линзы и кубик 6 выполнены из одного материала. Линзы размещеньУ на смежных гранях кубика 6 таким образом, что поверхность линзы 7 обращена к осветительной системе, а поверхность линзы 8 - к регистратору 13. Интерференционная картина через линзу 8 и осве- тительньй кубик 6 оптически связана с контролируемой поверхностью 12 детали 11, а концентрическая линза 10 установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси и ориентирована так, что ее зеркальная поверхность обращена к кубику 6.

Интерферометр работает следующим образом.

Излучение лазера 1 проходит микрообъектив 2, диафрагму 3 и фокусирует0

0 5

5

ся объективом 4 и плосковыпуклой линзой 7 на выходную грань светодели- тельного .кубика 6 (точка F). Часть светового потока, отраженная разделительной поверхностью кубика 6, поглощается элементом 9. Сфокусированный в точке F световой поток частично отражается и частично проходит через выходную грань. Отраженный пучок используется в качестве эталонного пучка сравнения. Вышедший из кубика 6 световой пучок отражается от конт- poлlipyeмoй поверхности 12, вьшуклой зеркальной поверхности концентрической линзы 10 и повторно от контролируемой поверхности 12. Этот световой пучок несет в себе информацию об ошибках формы контролируемой поверхности 12 и образует с эталонным пучком сравнения интерференционную кар- в виде концентрических колец. Так как световые лучи дважды отражаются от контролируемой поверхности 12 в точках, симметричных относительно ее вершины, то одно интерференционное кольцо соответствует симметричной ошибке, равной А/4. При визуальной оценке кольцевой интерференционной картины можно подсчитать число колец с погрешностью, равной половине кольца. Это соответствует ошибке формы поверхности 12, примерно равной 0,1 мкм, что бьшает достаточным для большинства практических случаев.

Для получения максимального контраста интерференционной картины, что имеет место при равенстве интен- сивностей интерферирующих пучков,

40 необходимо выполнить следующее равенство, связывающее коэффициенты р и CD отражения и пропускания 1светоделительной поверхности выход- |ной грани кубика 6 с коэффициентами 45 РКП вз отражения контролируемой поверхности и вспомагательной зеркальной поверхности:

PCD

Если интерферометр предназначен для контроля эллиптических поверхностей с одинаковым расстоянием между фокусами, то радиус кривизны выпуклой поверхности концентрической линзы 10 целесообразно обеспечить равным этому расстоянию. В этом слу чае установка контролируемой детали 11 в положение контроля наиболее проста, так как для совмещения одного фокуса (F,) контролируемой детали 1 1 со светоделительной поверхностью кубика 6 и другого фокуса (F) с выпуклой поверхностью концентрической линзы 10 достаточно тольк линейных смещений контролируемой детали и ее наклона не требуется.

Если радиус выпуклой поверхности концентрической линзы 10 не равен межфокусному расстоянию контролируемой поверхности 12, то для установки ее в положение контроля необходимы как линейные смещения, так и наклоны.

Концентрическую линзу 10 можно установить в правильное положение по интерференционной картине, возни- канщей при взаимодействии эталонной волны сравнения и волны, отраженной от вогнутой поверхности детали 11. Чтобы волна, отраженная от зеркальной поверхности концентрической линзы 10, не забивала эту интерференционную картину, концентрическую линзу 10 необходимо вьтолнить из непрозрачного материала. При переходе на контроль поверхностей с другим расстоянием между фокусами необходимо переместить концентрическую линзу 10 в соответствии с новым фокусным расстоянием контролируемой поверхности.

Формула изобретения

Интерферометр для контроля формы вогнутых эллиптических поверхностей, содержащий последовательно установленные осветительную систему, свето- делительньй кубик и регистратор интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью

расширения диапазона контролируемых поверхностей, он снабжен концентрической линзой с выпуклой зеркальной поверхностью, двумя плосковьшуклыми линзами с выпуклыми апланатическими

поверхностями, поглощающим элементом, установленным на кубике в ходе излучения, отраженного от его светоделительной грани плосковыпуклые линзы вьшолнены из того же материала,

что кубик, и размещены на его смежных гранях таким образом, что одна из линз обращена выпуклой поверхностью к регистратору, а другая - к осветительной системе, которая установлена так, что ее задний фокус совмещен в прямом ходе лучей с гранью кубика, лежащей в ходе лучей, прошедших кубик, а концентрическая линза выполнена из непрозрачного материала, установлена последовательно по ходу излучения за светодели- тельшлм кубиком с возможностью перемещения вдоль оптической оси ft ориентирована так, что ее вогнутая зеркальная поверхность обращена к кубику.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона контролируемой поверхности - достигается за счет устранения необходимости использования эталонных поверхностей. Часть светового потока, отраженная свето- делительной поверхностью кубика 6, поглощается элементом 9, установленным на кубике. Отражательный пучок используется в качестве эталонного пучка сравнения. Выходит из кубика 6 пучок после отражения от поверхности 12 детали 11, выпуклой зеркальной поверхности концентрической линзы 10 и еще раз от поверхности 12, несет информацию об ошибках формы поверхности 12 и образует с эталонным пучком сравнения интерференционную картину в виде концентрических колец. Если радиус выпуклой зеркальной поверхности линзы Ю не равен межфокусному расстоянию контролируемой поверхности 12, то для установки ее необходимы как линейные смещения, так и наклонные. Регистратор 13 ин- терференциальной картины через линзу 8 и кубик 6 оптически связан с поверхностью 12 детали 11 и регистрирует изменение интерференционной картины, по которой судят о форме поверхности. 1 ил. / § (Л со vj о 4 сл 00