Способ контроля прозрачных оптических деталей Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

1

(21)4479570/28

(22)30.06.88

(46) 28.02.91. Бюл. № 8

(72) Л.И.Даденко, Ю.Б.Пасько,

В.К.Резунков и В.П.Тетера

(53)537.7(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1456776, кл. G 01 В 11/24, 1987.

(54)СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЗРАЧНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

(57)Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности контроля параметров прозрачных оптических деталей за счет предварительной настройки акустооптической ячейки на режим дифракции Брэгга и измерении параметров деталей при повышении отношения сигнал - шум информативного сигнала. Перед установкой контролируемой детали акустооптическую ячейку настраивают на режим дифракции Брэгга и фиксируют частоту f0 акустических колебаний. После установки детали фиксируют частоты акустических колебаний f, f, соответствующих режимам дифракции Брэгга для двух информативных пучков от контролируемой детали. Используют частоты ft , fg при определении радиусов кривизны, а частоту Ј0 и диаметр контролируемой детали - при определении клиновидности. 2 ют.

а SS

(Л

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений широкого диапазона кривизны поверхностей и клиновидности прозрачных оптических деталей.

Целью изобретения является повышение точности контроля параметров прозрачных оптических деталей за счет предварительной настройки акустооптической ячейки на режим дифракции Брэгга и измерении параметров деталей при повышенном отношении сигнал - шум информативного сигнала.

На фиг. 1 представлен общий случай хода преломленных лучей в прозрачной контролируемой детали с кли- новидностью; на фиг. 2 - схема устройства контроля прозрачных оптических деталей, реализующего предлагаемый способ.

Устройство (см. фиг. 2) содержит источник 1 монохроматического излучения и последовательно расположенные по направлению излучения контролируемую деталь 2, акустооптичес- кую ячейку 3, расположенную на пути распространения прошедшего сквозь контролируемую деталь 2 излучения. Далее по направлению дифрагированного пучка расположены фокусирующая линза 4 и фотодетектор 5 для регистрации сигнала. Кроме того, схема содержит перестраиваемый по частоте генератор 6 электрических сигналов.

О5

со ю

316

Акустооптическая ячейка 3 представляет собой оптически активный элемент, изготовленный, например, из монокристалла парателлурита определенной ориентации с пьезопреобразовате- лем для заданного диапазона частот. При этом выход перестраиваемого по частоте генератора 6 электрических сигналов подключен к акустооптичес- кой ячейке 3.

Устройство работает следующим образом.

Акустооптическую ячейку 3, например, в случае контроля клиновидности, устанавливают так, чтобы направление монохроматического излучения составляло с нормалью к направлению распространения акустических колебаний угол Брэгга бо Измеряют соответст- вующее углу 90 значение частоты акустических колебаний f , согласно выражения

Д.- fi °|- 2V

(1)

где V - скорость распространения звука в акустооптической ячейке; Ol - длина волны монохроматичес-

кого излучения;

f - частота акустических колебаний;

S) - угол Брэгга.

Затем между источником 1 излучения и акустооптической ячейкой 3 устанавливают контролируемую прозрачную деталь 2 и направляют на два участка ее поверхности, один из которых обязательно расположен на краю детали, мо- нохроматическое излучение, направление которого можно считать параллельным оптической оси.

При этом при углах падения на деталь 2 монохроматических пучков (X; (см. фиг. 1) углы преломления на выходе из детали определяются выражениями

Ы «tf;(n-i)-ny ±е„ , (2)

где п - показатель преломления контролируемой детали. Знак члена ntf в уравнении (2), зависит от соотношения углов падения пучка излучения на грань с клиновид- ностью и угла у клиновидности. Для указанного случая угол падения пучка (Х на грань с клиновидностью J больше клиновидностиу . Для противополож

Q

Q

5

5

g

,Q

1

но го соотношения углов зн,-,/и первого и второго членов правой части уравнения (2) меняются на противоположные. Знак угла QQ принимается положительным, если его направление совпадает со знаком угла выхода излучения, прошедшего сквозь контролируемую деталь 2(У.

После юстировки акустооптической ячейки 3 по отношению к падающему излучению и установки оптической детали 2 между источником монохроматического излучения и акустооптической ячейкой 3 изменяют частоту акустических колебаний, подаваемых на акус- тооптическую ячейку 3 генератором 6 до достижения режима дифракции Брэгга прошедшего сквозь деталь излучения на решетке акустооптической ячейки 3. При этом вышедший из детали 2 пучок 1 излучения образует с нормалью к направлению распространения акустических колебаний в ячейке 3 угол Брэгга б| при частоте акустических колебаний f j.

Тогда уравнение (2) будет иметь вид

0, 00 -ь |i(n - 1) - njf, (3)

где X - расстояние от оси пучка 1

до оптической оси.

Для удобства расчетов выбирают значение Х( близким к половине диаметра детали D:

X

D 2

(4)

Измеряют диаметр детали 2 и направляют монохроматическое излучение на края детали на расстояние Х от оптической оси. Угол Брэгга в этом случае УЈ а частота акустических колебаний f % .

Радиус кривизны контролируемой детали вычисляется по формуле

R 2yd(n-1.)

(5)

fl(ft-fe)

где d - расстояние между осями пучков

падающего излучения. Клиновидность детали 2 определяется по формуле

Х-4-Г4 О 2nV L1

Of

JLfl

1 2d 2J

(6)

В предлагаемом способе допускается направление параллельных между со51

бой пучков на контролируемую деталь под углом к оптической оси детали. При этом выражение для R и J не изменяются, только величина d умножается на 1/cosft, где () - угол между направлением пучков и оптической осью.

Допускается также направление на контролируемую деталь пучков под углом друг к другу. Однако в этом случае -выражения для R и У значительно усложняются.

В предлагаемом способе контроля прозрачных оптических деталей достигается повышение точности измерения радиуса кривизны и клиновидности оптических деталей по сравнению с традиционными методами, так как точност определения параметров определяется точностью определения частоты акустических колебаний при обеспечении увеличения отношения сигнал - шум информативного сигнала.

Формула изобретения

Способ контроля прозрачных оптических деталей, заключающийся в на

0

2716

правлении двух пучков монохроматического излучения на контролируемую деталь и последующем направлении полученных информационных пучков на акустическую ячейку, формировании в акустической ячейке режимов дифракции Брэгга для каждого из пучков монохроматического излучения и определении радиусов кривизны и клиновидности оптической детали по расстоянию между центрами пучков из контролируемой детали и значениями частот fj , f« акустических колебаний, соответству5 ющих режиму дифракции Брэгга для каждого из пучков, о тличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерений, до установки контролируемой детали в акустооптической

0 ячейке формируют режим дифракции Брэгга по отношению к падающему излучению и фиксируют частоту f, акустических колебаний, один из участков выбирают на краю детали, а определе5 ние клиновидности детали производят с использованием диаметра детали и частоты Јл.

Фаг. 1

Фиг. 2