Интерферометр для контроля формы поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01B11/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле оптических деталей с эллиптическими и гиперболическими поверхностями.

Известен интерферометр для контроля формы асферических поверхностей второго порядка. В известном интерферометре в рабочем потоке установлен сферический отражатель, центр кривизны которого совмещен с одним из фокусов контролируемой поверхности. Отражатель вместе с контролируемой поверхностью образуют безаберрационную систему.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является иммерсионный интерферометр, содержащий последовательно установленные лазер, объектив и светоделительный кубик, делящий излучение на два потока. В каждом из потоков установлены отражательные элементы со

сферическими поверхностями. Устройство наблюдения интерференционной картины расположено за светоделительным кубиком в автоколлимационном ходе лучей.

Недостатком прототипа является снижение точности контроля из-за ошибок, вносимых разностью показателей преломления иммерсионной жидкости и отражателя со сферической поверхностью. Кроме того, снижена производительность измерений из-за необходимости помещения контролируемой детали в кювету с иммерсионной жидкостью.

Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля эллиптических и гиперболических поверхностей.

Поставленная цель достигается тем, что усовершенствуется интерферометр для контроля формы поверхности, содержащий последовательно установленные лазер, объектив, светоделительный кубик, деля

СЛ

сл о

щий излучение на два потока, в каждом из которых установлен отражательный элемент, и система наблюдения интерференционной картины

Отличительными признаками интерфе- рометра является то, что он снабжен апла- натическим мениском, установленным в одном из потоков так, что одна из его апла- натических точек совмещена с фокусом объ- ектива и вторым светоделительным кубиком, расположенным между мениском и системой наблюдения та к, чго светоде- лительные грани обоих кубиков перпендикулярны, а отражательные элементы выполнены с плоскими отража ощими по- 6е|Я ностями и ориентированьГпод углом к направлению соответствующего потока.

На фиг.1 приведена схема интерферометра для контроля выпуклых эллиптических поверхностей; на фиг.2 - для контроля вогнутых эллиптических поверхностей; на фиг.З - для контроля выпуклых гиперболических поверхностей, на фиг.4 - для контроля вогнутых гиперболических поверхностей.,

Схемы интерферометра выключают следующие элементы1 лазер 1, светоде- лмтельный кубик 2, зеркало 3, призму 4, светоделительный кубик 5, диафрагму 6, объективы 7 -10, апланатические мениски 11-14 и линзы 15-18 На схемах показаны контролируемые оптические детали 19-22 с асферическими поверхностями 23-26.

Интерферометр (фиг.1) соде р5кйт последовательно установленные лазер 1, объек- тив 7 и саетоделительный кубик 2, делящий излучение на два потока. В каждом из потоков установлены отражательные элементы, выполненные с плоскими отражающими поверхностями, ориентированными под углом к направлению соответствующего потока. Один из потоков является рабочим, В этом потоке отражательным элементом служит зеркало 3. В другом потоке, который является опорным, отражательным элементом слу- жит призма 4 Интерферометр снабжен апланатическим мениском 11, установленным в опорном потоке так, что одна из его апланати -еских точек совмещена с фокусом объектива 7. Между мениском 11 и системой нобпюдения, включающей линзу 15 и диафрагму 6, введен второй светоделительный кубик 5. Светоделительные грани кубиков 2 и 5 перпендикулярны друг другу.

Интерферометр (фиг.1) предназначен для контроля формы выпуклой эллиптической поверхности 23 оптической детали 10. Фокус объектива 7 в рабочем потоке совмещен с фокусом F2 эллиптической поверхности 23. Апланатическая точка t мениска 11

сопряжена кубиком 5 с фокусом FI поверхности 23. Сопряженные точки AI и FI линзой 15 проектируются в центр диафрагмы 6.

В интерферометре (фиг.2) объектив 8 фокусирует лазерное излучение в фокус F2 вогнутой эллиптической поверхности 24 оптической детали 20. В опорный поток бведен мениск 14, апланатическая точка AI которого светоделительным кубиком 5 сопряжена с фокусом FI контролируемой поверхности 24. Сопряженные точки AI и FI линзой 16 проектируются в центр диафрагмы 6.

При контроле (фиг.З) выпуклой гиперболической поверхности 25 оптической детали 21 объектив 9 в рабочем потоке фокусирует излучение в фокус F2 поверхности 25. Апланатическая точка AI мениска 13 кубиком 5 сопряжена с фокусом FI поверхности 25. Точки AI и FI линзой 17 проектируются в центр диафрагмы 6.

Объектив 10 (фиг.4) в рабочем потоке фокусирует излучение в фокус Fa вогнутой гиперболической поверхности 26 оптической детали 22. В опорном потоке интерферометра установлен мениск 14, одна из апланатических точек которого совмещена с фокусом FI поверхности 26, а другая апланатическая точка, сопряженная кубиком 5 с фокусом FI поверхности 26, проектируется линзой 18 в центр диафрагмы 6.

В рассмотренных схемах после лазера 1 по ходу лучей может быть установлен расширитель пучка (не показан).

Интерферометр (фиг.1) работает следующим образом.

Параллельный пучок лучей, выходящий из лазера 1, объективом 7 преобразуется в сходящийся, а светоделительный кубик 2 делит лучи на опорный и рабочий потоки. В опорном потоке апланатическую точку мениска 11, сопряженную с точкой AI, совмещают с фокусом объектива 7. Контролируемую деталь 19 устанавливают таким образом, чтобы фокус F2 ее эллиптической поверхности 23 был совмещен в рабочем потоке с фокусом объектива 7, а фокус FI светоделительным кубиком 5 был сопряжен с точкой AL Глаз расположенный за диафрагмой 6, наблюдает картину интерференции опорного и рабочего потоков Рабочий поток отражается от контролируемой эллиптической поверхности Контроль формы поверхности осуществляется по искривлению наблюдаемых интерференционных полос.

Работа интерферометров, показанных на фиг.2-4, аналогична Описанной

Применение интерферометра целесообразно для контроля малО аблритных (например, диаметром до мм) оптических деталей с эллиптическими и гчперболическими поверхностями. По сравнению с прототипом интерферометр является более простым, т.к. в нем отсутствует кювета с иммерсионной жидкостью для помещения отражающего элемента и контролируемой детали. Отсутствие иммерсионной жидкости повышает производительность контроля, т.к. устраняется операция заполнения кюветы иммерсионной жидкостью, и пбвы- шает точность контроля, т.к. исключаются ошибки, вносимые разностью показателей преломления иммерсионно й жидкости и от- ражательного элемента.

Формула изобретений ,т Интерферометр для контроля формы поверхности, содержащий объектив и последовательно установленные лазер, свето- делительный кубик, делящий излучение на

0

5

0

два потока, в каждом из которых установлен отражательный элемент, и систему наблюдения интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля параболических поверхностей, объектив установлен в одном из потоков, интерферометр снабжен апланатическим мениском и вторым светоделительным кубиком, мениск установлен в том же потоке, что и объектив, так, что одна из его апланатических точек совмещена с фокусом объектива, а второй светоделительный кубик расположен между мениском и системой наблюдения так, что светоделительные грани обоих кубиков перпендикулярны, а отражательные элементы выполнены с плоскими отражающими поверхностями и ориентированы под углом к направлению соответствующего потока.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано при контроле оптических деталей с эллиптическими и гиперболическими поверхностями и позволяет повысить точность и производительность контроля эллиптических и гиперболических поверхностей. В опорном потоке апланатическую точку мениска, сопряженную с точкой AI, совмещают с фокусом объектива, Контролируемую деталь устанавливают таким образом, чтобы фокус F2 ее эллиптической поверхности был совмещен в рабочем потоке с фокусом объектива, а фокус PI светоделительным кубиком был сопряжен с точкой AI. За диафрагмой наблюдают картину интерференции опорного и рабочего потоков. По искривлению наблюдаемых интерференционных полос судят о форме поверхности. 4 ил. сл с

6

Фиг.З