Устройство для измерения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей Советский патент 1990 года по МПК G01N21/55 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для определения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей оптических деталей абсолютным методом, в том числе и при углах падения на контролируемую поверхность, близких к нормальному.

Целью изобретения является повышение точности измерений коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей оптических деталей при углах падения cz на измеряемую поверхность, не превышающих 0,5-2,5°, и повышение производительности измерений.

Указанная совокупность признаков, обеспечивающая получение положительного эффекта, в известной научно-технической и патентной литературе не встречалась, что позволяет считать предлагаемое устройство удовлетворяющим критерию существенные отличия.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит последовательно установленные источник 1 излучения, конденсор 2, диафрагму 3, предназначенную для выделения Tpei6yeMoro участка излучающей поверхности источника 1 излучения, изображение которого совпадает с этой диафел

О5

рагмой Коллимирующий объектив 4 установ-буемого размера, фокусируется объективом 6

еГ фокушм в центре диафрагмы 3.и далее контролируемой сферической поАпертурная диафрагма 5, размер кото-верхностью с увеличением проекЬой определяется диаметром и радиу-тируется в плоскость предметов дополниLM контролируемой сферичес- тельного объектива 10. пересек ающую плос

кой поверхности, установлена непосред-кое зеркало 7. Дополнительный объектив 10

Квенно за коллимирующим объективом 4.строит изображение дифрагмы 3 в плосУстановл нньГй за апертурной диафрагмой 5кости фотоприемника 11 {фотоприемник моЬокусирующий объектив 6 строит изобра-жет быть заделан в фотометрический шар,

жение диафрагмы 3 в точке В в своейпри этом изображение диафрагмы строится

фокальной плоскости. Плоское зеркало 7Ю вблизи входного отверстия фотометрическоустановлено на основании 8, выполненномго шара).

t возможностью поворота вокруг оси 9. НаИзмеряют сигнал Ux,

основании 8 расположены также дополни-коэффициенту отражения сферы 2. Иовоh-ельный объектив 10 и фотоприемники 11.рачивают основание 8 на угол ф и изрптическая ось дополнительного объектива g меряют сигнал ипол„, пропорциональньш ho пересекает середину плоского зеркала 7

20

25

и центр фоточувствительной площадки фо- топриемника И, при этом точка А пере- {сечения оси объектива 10 с зеркалом 7 и центр фотоприемника И оптически сопряже- ны, т. е. расположены в плоскостях I предметов и изображений объектива 10. i Точка А расположена на расстоянии а от фокуса объектива 6 на прямой, прохо- (дящей через центр кривизны контролируемой сферы 12. Оптическая ось объектива 10, продолженная после отражения от зеркала 7, пересекается с оптической осью фокусирующего объектива 6 на поверхности контролируемой сферы 12. Контролируемая сфера 12 установлена в оправке 13 так, что нормаль к зеркальной поверх- зо ; ности контролируемой сферы 12 в точке пересечения оптических осей объективов 6 и 10 совпадает с биссектрисой угла 2а ; между этими осями, т. е. оптические оси объективов 6 и 10 и контролируемой сферы 12 лежат в одной плоскости, : перпендикулярной оси вращения основания ; 8 и плоскости зеркала 7. Центр кривизны контролируемой сферы 12 лежит на пря- мой, проходящей через фокус объектива 6 и точку пересечения оптической оси объектива 10 с зеркалом 7.

Основание 8 выполнено с возможностью поворота на угол ф 180°-2а и ции в указанном и повернутом на угол положениях. Ось 9 поворота лежит на биспотоку излучения, падающему на контролируемую сферу 12. Выходная апертура фокусирующего объектива 6 при этом составляет 90-95% от полной апертуры контролируемой сферы 12.

Определяют коэффициент отражения р по формуле

Рдя

ЛЛ

1/П031И

Спектральный диапазон измерений ДХ определяется типом используемого источника излучения или типом спектрального светофильтра. В случае использования мо- нохроматора необходимый спектральный диапазон устанавливается по его щкалам. Повторяют измерения поворотом основания 8 на углы ±ф не менее трех раз и определяют среднее.

Точность измерений на устройстве по- выщена не только за счет обеспечения указанных оптимальных условий измерения, 35 но и за счет возможности выполнения больщого числа измерений.

Коэффициент отражения рдд. определяют за один цикл измерений во всей рабочей апертуре (--70000 мм), что значительно увеличивает производительность труда. 40

Погрещность измерений коэффициента отражения за счет обеспечения наилучших условий освещения контролируемой сферы для различных типов отражающих покры s z - Таким образом, погрешность измерения

может быть уменьшена в 2-4 раза, а

. производительность труда - увеличена в

зависимости от диаметра контролируемой сферы в десятки и сотни раз. При этом практически полностью отсутствуют систематические погрешности, обусловленные характером освещения контролируемой сферы.

мом по формуле

в

где а 2Rtga;

R..- радиус кривизны контролируемой

сферической поверхности. Устройство работает следующим образом.

5 7Т. -. ,а также погрешности дополнительных (намеряют сигнал ипол„, пропорциональньш

потоку излучения, падающему на контролируемую сферу 12. Выходная апертура фокусирующего объектива 6 при этом составляет 90-95% от полной апертуры контролируемой сферы 12.

Определяют коэффициент отражения р по формуле

Рдя

ЛЛ

1/П031И

5

о

Спектральный диапазон измерений ДХ определяется типом используемого источника излучения или типом спектрального светофильтра. В случае использования мо- нохроматора необходимый спектральный диапазон устанавливается по его щкалам. Повторяют измерения поворотом основания 8 на углы ±ф не менее трех раз и определяют среднее.

Точность измерений на устройстве по- выщена не только за счет обеспечения указанных оптимальных условий измерения, 5 но и за счет возможности выполнения больщого числа измерений.

Коэффициент отражения рдд. определяют за один цикл измерений во всей рабочей апертуре (--70000 мм), что значительно увеличивает производительность труда. 40

зависимости от диаметра контролируемой сферы в десятки и сотни раз. При этом практически полностью отсутствуют систематические погрешности, обусловленные характером освещения контролируемой сферы.

а также погрешности дополнительных (начения и нестабильностью чувствительности фотоприемника и регистрирующего прибора, и создает предпосылки для автоматизации процесса измерения за счет исключения ручных операций переустановок контролируемой сферы и фотоприемника.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей, содержащее источник излучения и расположенные последовательно по ходу излучения оптическую систему для формирования параллельного пучка излучения, фокусирующий объектив, держатель для измеряемой сферической поверхности и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при углах падения а на измеряемую поверхность, не превышающих 0,5-2,5°, и повышения производительности измерений, оно дополнительно содержит плоское зеркало и второй фокусирующий объектив, расположенные по ходу излучения между держателем и

фотоприемником, при этом в одной из сопряженных плоскостей второго объектива расположен фотоприемник, а точка пересечения другой сопряженной плоскости второго объектива с его оптической осью лежит на поверхности плоского зеркала, плоское зеркало, второй объектив и фотоприемник установлены на основании, выполненном с возможностью поворота вокруг

оси, перпендикулярной оптической оси второго объектива, на угол ф 180°-2а и фиксации в крайних положениях, при этом точка пересечения оптической оси второго объектива с плоским зеркалом и задний фокус фокусирующего объектива расположены на прямой, перпендикулярной биссектрисе угла 2а на расстоянии a 2Rtga, где R - радиус кривизны измеряемой поверхности, ось поворота основания расположена на этой биссектрисе на расстоянии b a/2cosa от точки пересечения оптической реи второго объектива с плоским зеркалом, а плоское зеркало в одном из положений основания обращено к держателю своей рабочей поверхностью.

0

Изобретение может быть использовано в оптическом приборостроении и позволяет повысить точность измерений при углах падения излучения на контролируемую сферу (КС), не превышающих 0,5-2,5°, а также увеличить производительность измерений. Устройство содержит осветитель, коллимирующий объектив с диафрагмой в его фокусе, апертурную диафрагму, фокусирующий объектив и фотоприемник, причем между фокусирующим объективом и фотоприемником установлены плоское зеркало (ПЗ) и дополнительный объектив (ДО). Фотоприемник расположен в плоскости изображения ДО. Точка пересечения плоскости предметов ДО с его оптической осью лежит на поверхности ПЗ. Оптические оси фокусирующего объектива, ДО и КС лежат в плоскости, перпендикулярной ПЗ. ПЗ, ДО и фотоприемник установлены на основании, выполненном поворотным на угол 180° - 2α с фиксацией в крайних положениях, где 2α - угол между оптическими осями фокусирующего объектива и ДО с вершиной на поверхности КС. Точка пересечения оптической оси ДО с ПЗ и задний фокус фокусирующего объектива расположены на прямой, проходящей через центр КС перпендикулярно биссектрисе угла 2 α на расстоянии A=2RTGΑ друг от друга, а ось поворота основания расположена на этой биссектрисе на расстоянии B=A:2COSΑ от точки пересечения оптической оси ДО с ПЗ (R - радиус кривизны КС). ПЗ в одном из положений основания обращено отражающей поверхностью в КС. 1 ил.

1 2

B J