Способ измерения радиуса кривизны сферических поверхностей объектов Советский патент 1988 года по МПК G01B11/255 G01B9/02 

ел

ч|

ск

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения радиуса кривизны сферических поверхностей различных объектов. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений до 50 мкм. Немонохроматическое излучение от источника 1 разделяют с помощью делителя 2 на два взаимно перпендикулярных пучка, освещают отраженным от делителя .2 пучком через объектив 5 поверхность исследуемого объекта 7, а прошедшим через делитель 2 и второй объектив 3 - плоское зеркало 4 - эталон. Пучки, отраженные от исследуемой поверхности объекта 7 и эталона, совмещают на поверхности делителя 2. В поле зрения окуляра 6 наблюдают интерференционную картину в плоскости пересечения исследуемого объекта 7 с фиксированной плоскостью . Измеряют диаметр L выбранной интерфеi (Л

/

f.f

р|ен1дионной полосы из наблюдаемой интерференционной картины. Затем пе- р|емещают исследуемый объект 7 вдоль Ьси освещающего пучка на произвольное расстояние X, которое измеряют. Ц этом случае фиксированная плос- pjocTb BjB| пересекает другую область преследуемого объекта 7. В плоскости

1

Изобретение относится к измери- йельной технике и может быть исполь- ;овано для определения радиуса кривизны сферических поверхностей раз- хичных объектов.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений до 50 мкм.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего способ измерения радиуса кривизны сферических поверхностей объектов; на фиг. 2 - связь между измеряемыми параметрами X, L, Lj и определяемым I адиусом R кривизны

Устройство содержит источник 1 немонохроматического излучения, дели- 1 елъ 2, деля1ций излучение на два пуч- , объектив 3 и плоское зеркало 4 - :1талон, установленные на пути одного г:учка, объектив 5, установленный на г:ути другого пучка, и окуляр 6, кроме того, АА - объектная плоскость; E,B - фиксированная плоскость, в которой наблюдается интерференционная к артина; j - плоскость изображе- ьЫя эталона поверхностью делителя 2; 1 |,L i - диаметры полос каждой из ин- 1 ерференционньгх картин до и после Смещения объекта 7, X - величина пе- Р емещения объекта 7 вдоль оси осве- nieHHoro пучка (фиг. 1).

Способ осуществляется следующим Образом.

Немонохроматическое излучение источника 1 разделяют с помощью делителя 2 на два взаимно перпендикулярных Щучка, освещают отраженным от делите- л|я 2 пучком через объектив 5 поверх- Иость исследуемого объект а 7, а про- и|едшим через депитель 2 и второй объектив 3 - плоское зеркало 4 - эталон.

пересечения исследуемого объекта 7, фиксированной плоскостью В|«В, вновь наблюдают интерференционную картину полос, затем измеряют диаметр L вы- бранной интерференционной полосы и по полученным данным определяют радиус R кривизны исследуемой поверхности объекта 7 по формуле. 2 ил.

Пучки, отраженные от исследуемой поверхности объекта 7 и эталона, совмещают на поверхности делителя 2. В поле зрения окуляра 6 наблюдают

интерференционную картину в плоскости пересечения исследуемого объекта 7 с фиксированной плоскостью В.В (фиг. 1). При использовании немонохроматического излучения интерференционная картина наблюдается в том

случае, если разность хода интерфери- руюгщ1х пучков мала по сравнению с длиной когерентности Л1 используемого источника 1 немонохроматического из

лучения, т.е. разность хода должна удовлетворять следующему соотношению

д

l/jtfl 31; ,

iiA

где Ц- разность хода, равная расстоянию между плоскостями В,В и (фиг. 1); с - скорость света; ut - время когерентности; Л - средняя длина волны немонохроматического излучения в интервале длин волн от Л до

А+).

Немонохроматическое излучение можно представить как совокупность когерентных монохроматических компонент, занимающих некоторый диапазон длин волн от Д до Д + йД. Каждая монохроматическая компонента образует свою интерференционную картину. Полная интенсивность в любой точке равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой монохроматической составляющей. При использовании немонохроматического источника белого света (диапазон

длин волн 0,4 - 0,7 мкм), , интерференционная картина имеет еле314

дующий вид: в центре наблюдается белая ахроматическая полоса, с обеих сторон которой расположены две темные полосы высокого контраста и несколько (контрастных не более двух) цветных полос. В плоскости пересечения С11)ери- ческой поверхности исследуемого объекта 7 с фиксированной плоскостью система интерференционных полос замыкается в кольце, измеряют диаметр L выбранной интерференционной полосы (кольца) из наблюдаемой интер1)еренци- онной картины. При использовании источника белого света удобнее измерять диаметр одной из черных полос высокого контраста. Затем перемещают исследуемый объект 7 вдоль оси освещающего пучка на произвольное расстояние X, которое измеряют. В этом случае фиксированная плоскость пересекает другую область исследуемого объекта 7. В плоскости пересечения исследуемого объекта 7 фиксированной плоскостью вновь наблюдают интерференционную картину полос, замкнутых в кольца, затем измеряют диаметр L. выбранной интерференционной полосы (идентичной той, которая выбрана при измерении диаметра L) и по полученным данным определяют радиус R кривизны исследуемой поверхности объекта 7 по формуле

R LliLiyX.i(,).

Связь между измеряемыми параметрами Х,Ь, определяемым радиусом кривизны- R (фиг. 2) следующая:

„ L1+L1 „ X

D.D |i

Lji+Lj 44

-«D E /DjE; D,,jD2+DE2() +

cos9

J(L4-Li) Г 4

+X2

DiDt L,+La (L4-LO2 -cSs6 - .

Если линейные размеры (диаметр) исследуемого объекта 7 больше входного зрачка объектива 5 (фиг. 1), то в поле зрения окуляра 6 наблюдают только часть плоскости пересечения исследуемого объекта 7 с фиксирован76

ной плоскостью в J в и, СООТ13СТСТПСНно, не ко:;ьца интерференционных полос, а дуги. В этом случае радиус кривизны исследуемой поверхности оп

ределяется следующим образом. Исследуемый объект 7 устанавливают таким ооразом, чтобы интерференционная картина находилась в поле зрения окуляра 6, совмещают перекрестие окуляра 6 с одной из выбранных интерференционных полос, фиксируют значение по шкале микрометрического винта (не показан), смещают объект 7 перпендикулярно направлению освещенности пучка в плоскости , до появления вновь интерференционной картины, совмещают ту же темную полосу с перекрестием окуляра 6, фиксируют значение по щкале микрометрического винта, по разности полученных значений определяют смещение объекта 7, равное диаметру L, смещают объект 7 вдоль оптической оси микроскопа-, фиксируют

это смещение .X, по шкале микрометрического винта поперечного смещения определяют значение диаметра L аналогично диаметру L и рассчитывают радиус R кривизны поверхности исследуемого объекта по формуле (1).

Формула изобретения

35

а

40

+

45

50

Способ измерения радиуса кривизны сферических поверхностей объектов, заключающийся в том, что освещают измеряемую поверхность и эталон, наблюдают интерференционную картину и определяют радиус, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых радиусов до 50 мкм, в качестве эталона используют плоское зеркало, освещение измеряемой поверхности и эталона производят двумя взаимно перпендикулярными

пучками немонохроматического света, наблюдение интерференционной картины осуществляют в фиксированной плоскости, пересекающей поверхность объекта, перемещают объект вдоль оси освещающего пучка до момента появления интерференционной картины в другой плоскости, пересекающей поверхность объекта, и измеряют величину перемещения объекта и диаметры полос каж- 55 дои интерференционной картины до и после перемещения объекта, по которым определяют радиус кривизны.

Фus,Z