Интерферометр для контроля формы поверхности выпуклых сферических деталей Советский патент 1990 года по МПК G01B9/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для высокоточного контроля формы выпуклых поверхностей оптических деталей, в частности для контроля формы сферических поверхностей линз и зеркал большого диаметра.

Цель изобретения - расширение диапазона значений радиусов кривизны контролируемых поверхностей.

На чертеже представлена схема интерферометра.

Интерферометр содержит компенсатор 1, линзовую систему 2, основание 3, на котором размещены источник 4 монохроматического когерентного излучения, коллиматор 5, светоделитель 6, фокусирующий объектив 7, плоское зеркало 8, непроз- рачный экран 9, регистратор 10 интферограмм, и шкалу 11. На чертеже приняты следующие обозначения: F - задний фокус объектива 7; С - центр кривизны эталонной поверхности 12; Ск - центр кривизны контролируемой поверхности 13. Стрелками показаны направления вращения линзовой системы и перемещения компенсатора и основания.

Интерферометр работает следующим образом.

Монохроматическое когерентное излучение, создаваемое источником 4, направляется коллиматором 5, светоделителем 6 и фокусирующим объективом 7 к компенсатору 1. Задний фокус Р объектива 7 является вершиной гомоцентрического пучка лучей и одновременно изображением точки С, построенным линзовой системой 2 в обратном ходе лучей. Так как компенсатор 1 представляет собой афокальную систему с совмещенными главными плоскостями, то параксиальные лучи, вышедшие из точки F и прошедшие через него, вновь фокусируются в этой же точке F .

Компенсатор не изменяет числовой апертуры пучка, проходящего через него, а только вносит сферическую аберрацию, величина которой зависит от расстояимя между точкой F и компенсатором. При перемещении компенсатора вдоль оси обеспечивается плавное изменение величины вносимых им аберраций, которые в двух определенных позициях компенсатора равны по величине и обратны по знаку аберрациям линзовой системы, установленной в обе рабочие позиции. Линзовая система имеет две вогнутые эталонные поверхности 12 и 14, радиусы кривизны которых различны. Путем поворота линзовой системы в сторону контролируемой детали 13 обращают ту из эталонных поверхностей

радиус кривизны которой ближе по значению к радиусу кривизны контролируемой поверхности. В процессе работы интерферометра на эталонную и контролируемую поверхности должно обеспечиваться нормальное падение лучей. Афокальный компенсатор и линзовая система сообща преобразуют гомоцентрический пучок, выходящий из объектива 7, в гомоцентриче- 0 ский пучок, вершина которого совмещена с точками С и Ск, где располагаются центры кривизны эталонной и контролируемой поверхностей 12 и 13 соответственно. Рабочая интерференционная картина образуется в 5 результате взаимодействия волновых фронтов, отраженных от поверхностей 13 и 12, причем поверхность 12 выполняет функцию пробного стекла, установленного на расстоянии. В случае разворота линзовой системы 0 на 180° функцию пробного стекла выполняет эталонная поверхность 14.

После поворота линзовой системы необходимо установить основание 3 с расположенными на нем оптическими 5 элементами так, чтобы точки F и С были оптически сопряжены. Кроме того, необходимо установить компенсатор в позицию, соответствующую компенсации аберраций линзовой системы, ориентированной опре- 0 деленным образом, например так, как показано на чертеже. Эту операцию выполняют путем перемещения основания 3 и компенсатора 1 вдоль оси линзовой системы 2. Критерием правильности установки служит 5 настроечная интерференционная картина, которая образуется в результате взаимодействия волновых фронтов, отраженных от поверхности 12 линзовой системы и поверхности плоского зеркала 8 (экран 9 вы- 0 ключен из хода лучей, а контролируемая деталь 13 отсутствует). Порядок настройки следующий. Компенсатор 1 устанавливают относительно линзовой системы 2 приблизительно в номинальное положение, которое 5 отмечено на шкале 11 механизма его перемещения. Затем перемещением основания 3 совмещают точку F с изображением центра С кривизны эталонной поверхности 12. В этом случае волновой фронт, прошедший через ком- 50 пенсатор и линзовую систему, отражается от поверхности 12 и, пройдя вновь линзовую систему, компенсатор и фокусирующий объектив, вступает во взаимодействие с плоским фронтом, отраженным от зеркала 8. Так как 55 компенсатор установлен приблизительно, то фронт, взаимодействовавший с элементами 1, 2 и 7 системы, искажается недокомпенсиро- ванными аберрациями системы,.состоящей из элементов 1 и 2. Настроечная интерференционная картина в этом случае имеет вид множества концентрических колец. Окончательную компенсацию аберраций выполняют путем продольного перемещения компенсатора 1 при наблюдении динамики изменения вида настроечной интерференционной картины. При идеальной компенсации аберраций интерференционная картина должна иметь вид бесконечно широкой полосы (ровное поле). После выполнения настройки зеркало 8 перекрывают экраном 9, а деталь 13 устанавливают таким образом, чтобы центр Ск кривизны контролируемой поверхности оказался совмещенным с центром С кривизны эталонной поверхности 12. В этом случае интерференционная картина, возникшая при взаимодействии волновых фронтов, отраженных от поверхностей 13 и 12, несет информацию об ошибках поверхности 13. Формула изобретения Интерферометр для контроля формы поверхности выпуклых сферических дета0

5

0

лей, содержащий осветитель, выполненный в виде источника когерентного излучения и коллиматора,светоделитель, объектив, компенсатор, оптическую систему и регистратор интерферограмм, оптически связанный с объективом через светоделитель, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона значений радиусов кривизны контролируемых поверхностей, компенсатор выполнен в виде афокальной оптической системы с совмещенными главными плоскостями и установлен по ходу излучения после объектива с возможностью перемещения вдоль оптической оси, оптическая система выполнена в виде системы линз, первая и последняя оптические поверхности которой выполнены эталонными и имеют различный радиус кривизны, и установлена по ходу излучения после компенсатора с возможностью ее поворота на угол 180° вокруг оси, перпендикулярно й ее оптической оси и проходящей через центр тяжести.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для высокоточного контроля формы выпуклых поверхностей оптических деталей, в частности для контроля формы сферических поверхностей линз и зеркал большого диаметра. Цель изобретения - расширение диапазона значений радиусов кривизны контролируемых поверхностей. Излучение, создаваемое источником 4, направляется коллиматором 5, светоделителем 6 и объективом 7 к компенсатору 1, выполненному в виде афокальной системы с совмещенными главными плоскостями. Компенсатор вносит в пучок сферическую аберрацию, величина которой определяется расстоянием между точкой F₁ и компенсатором. Компенсатор устанавливается в положение, соответствующее компенсации аберраций линзовой системы 2. Это положение контролируется с помощью плоского зеркала 8 при выключении экрана 9 из хода лучей. После настройки интерферометра зеркало 8 перекрывают экраном 9, а деталь 13 устанавливают таким образом, чтобы центр C_к кривизны оказался совмещенным с центром C кривизны эталонной поверхности 12. При контроле детали с другим значением радиуса кривизны поворачивают линзовую систему 2 на 180° вокруг оси, перпендикулярной оси пучка. При этом эталонной поверхностью станет поверхность 14. 1 ил.