Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, преимущественно к голографическим интерференционным устройствам для контроля формы поверхности оптических деталей.
Известное устройство работает следующим образом.
Излучение от лазера 1 делится светоделителем 2 на два канала: предметный и
опорный. В предметном канале световой пучок проходит через пространственный фильтр 3, который формирует расходящийся сферический волновой фронт, светодели- тельную пластину 4, расположенную под углом к оптической оси, Из светоделитель- ной пластины 4 свет падает на заготовку 5. отражается от нее на светоделительную пластину 4 и падает на голографическую пластину, установленную в держателе 6.
8
2
XI
со
В опорном канапе свет падает на поворотное зеркало 7, пространственный фильтр Q, линзу-коллиматор 9, которая создает плоский волновой фронт, и на поворотное зеркало 10, которое направляет волновой фронт на топографическую пластину,
Топографическая пластина содержит запись эталонного волнового фронта от Заготовки а исходном состоянии. Свет из опорного канала, падая на голограмму, восстанавливает волновой фронт сравнения, который интерферирует с расходящимся сферическим волновым фронтом, идущим от заготовки. Полученная интерференционная картина показывает отличие заготовки от ее исходного состояния.
Известный голо графический интерферометр может быть использован только для контроля заготовки диаметром до 700 мм.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность контроля крупногабаритных оптических поверхностей диаметром от 1000-3000 мм и невысокая точность контроля из-за низкой энергетической эффективности схемы, а именно: голограмма записывается для расходящегося пучка в предметном канале пр и этом используется незначительная часть светового потока, отраженного от заготовки м ограниченного размерами как светоделительной, так и гслогрзфической пластин,
Цель изобретения - обеспечение возможности контроля крупногабаритных оптических поверхностей и повышение точности контроля.
Указанная цель достигается тем, что в голографическом интерферометре для контроля формы оптической поверхности, содержащем исто.чник .когерентного излучения, установленный по ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и предметные каналы, расположенные последовательно по ходу излучения в. опорном канале два зеркала, установленные с возможностью поворота, и пространственный фильтр, расположенные в предметном пучке пространственный фильтр и голограмму эталонной поверхности, светоделитель выполнен N-канальным, например, в виде N- гранной пирамиды и установлен вершиной по отношению к источнику излучения, интерферометр снабжен объективом, N-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности, N-1 дополнительными зеркалами, N-2 дополнительными пространственными фильтрами, одно из дополнительных зеркал расположено в предметном пучке и установлено с возможностью поворота
вокруг оси, перпендикулярной оси пучка, N- 2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры расположены попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем каналов. N-1 голограмм эталонной поверхности помещены в общем держателе и расположены по ходу излучения за обьективом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, в месте
0 пересечения предметных каналов с опорным.
Выполнение светоделителя в виде пятигранной пирамиды позволяет разделять излучение на пять световых пучков, один из
5 которых попадает в опорный канал, образованный известными элементами, а четыре из них являются предметными, образованными как новыми, так и известными элементами.
0 Световые пучки, проходящие через 4 предметных канала, падают на 4 зоны контролируемой поверхности, что позволяет получить информацию от поверхности большого диаметра.
5 Хотя сами по себе, новые конструктивные элементы известны из уровня техники и выполняют известные функции, их взаимное расположение позволяет получить информацию от четырех зон контролируемой
0 поверхности одновременно.
Так введение трех дополнительных го- лографических пластин, которые сами по себе известны, позволяет получить информацию о поверхности большого диаметра от
5 1000-3000 мм, не увеличивая размер пластин, а только увеличив их количество.
Связь между диаметром контролируемой поверхности DI и диаметром объектива D2 может быть представлена математиче0 ским выражением D.I.
Величина диаметра линзы Da влияет на точность контроля. При величине диаметра линзы DI световой поток, отраженный от контролируемой поверхности не ис5 пользуется полностью, в связи с чем снижается энергетическая эффективность схемы, что влечет снижение точности контроля.
При величине диаметра линзы
0 DI величина угла падения центрального луча в каждом предметном канале будет более 15°, что также ведет к снижению точности контроля.
Лишь при.величине диаметра объектива
5 DI световой поток, падающий на контролируемую поверхность будет максимальным, причем угол падения центрального луча в каждом предметном канале на контролируемую поверхность не должен превышать 15°.
Благодаря взаимодействию всех признаков у заявляемой совокупности признаков появилось новое техническое свойство, иное по отношению к прототипу и выражающееся в возможности контролировать форму оптических поверхностей диаметром 1000-3000 мм. Кроме того, повысилась точность контроля, что является усиленным свойством по отношению к прототипу.
На фиг.1 представлена оптическая схе- ма предлагаемого устройства; на фиг.2 представлена оптическая схема устройства-аналога (схема Коммона); на фиг.З представлена оптическая схема устройства-прототипа.
Голографический интерферометр для контроля формы поверхности содержит источник когерентного излучения 1 (лазер), светоделитель 2, выполненный в виде пятигранной пирамиды, установленный вер- шиной к источнику излучения 1, и предназначенный для разделения излучения на 5 световых пучков, один из которых является опорным, а четыре - предметными.
В каждом из предметных каналов установлены последовательно поворотные зеркала 3,4,5,6 и пространственные фильтры, 8, 9. 10 (формирующие расходящиеся сферические волновые фронты, падающие под углом на А зоны контролируемой поверхности).
В опорном канале последовательно установлены поворотные зеркала 11 , 12 и пространственный фильтр 13.
Объектив 15, диаметр которого составляет 2/3 диаметра контролируемой поверхности 14 (D2 2/3 DI}, установлен таким образом, что он фокусирует 4 сферических волновых потока, отраженных от четырех зон контролируемой поверхности 14,
Вблизи плоскости П фокусирования предметных волновых фронтов (до или после нее) установлен держатель 16 для голо- графических пластин, предназначенных для записи волнового фронта от эталонной поверхности.
Устройство работает следующим образом.
Свет от источника когерентного излуче- ния 1 попадает в светоделитель 2 и разделяется в нем на 5 пучков-каналов, один из которых опорный, а 4 - предметных. В четырех предметных каналах свет поворачивается поворотными зеркалами 3, 4, 5, 6, а пространственные фильтры 7, 8, 9, 10 фор- мируют4 расходящихся сферических волновых фронта, которые падают под углом 10-15° к контролируемой поверхности 14 на 4 е е зоны.
Отраженные от контролируемой поверхности 14 четыре волновых сферических фронта фокусируются объективом 15 в плоскости П.
В опорном канале световой поток поворачивается зеркалами 11, 12, а пространственный фильтр 13 формирует расходящийся сферический волновой фронт, который, падая под углом 20° на голографические пластины, установленные о держателе 16, восстанавливает эталонные волновые фронты от четырех зон эталонной поверхности 17, которые были получены от нее предварительно и в той же схеме, причем, эталонная поверхность 17 находилась на месте контролируемой поверхности 14.
В результате, 4 восстановленные с голограмм эталонные волновые фронта, записанные в той же схеме с эталонной поверхности 17, интерферируют с волновыми фронтами от четырех зон контролируемой поверхности 14.
Интерференционная картина оценивается либо визуально, либо регистрируется на фотоматериале. Математическая обработка интерференционных картин может быть выполнена по одной из программ обработки интерферограмм, полученных в схеме Физо.
Вместо голограмм, записанных для эталонной поверхности 17, можно использовать голограммы, синтезированные на ЭВМ.
Предлагаемое техническое решение может быть использозано при контроле формы оптических поверхностей диаметром от 1000-3000 мм, а устройство-прототип только для поверхностей 700 мм.
При этом оно обеспечивает высокую точность контроля, среднеквадратическая ошибка оценки волнового фронта от каждой зоны при обработке на ЭВМ составляет ,02А.
Формула изобретения
Голографический интерферометр для контроля формы оптической поверхности, содержащий источник когерентного излучения, установленный по ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и предметные каналы, расположенные последовательно по ходу излучения в опорном канале два зеркала, установленные с возможностью поворота, и пространственный фильтр, расположенные в предметном пучке пространственный фильтр и голограмму эталонной поверхности, отличающийся тем, что светоделитель выполнен в виде IM- гранной пирамиды и установлен вершиной по отношению к источнику излучения, интерферометр снабжен объективом, N-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности, N-1 дополнительными зеркалами. N-2 дополнительными пространственными фильтрами, одно из дополнительных зеркал расположено в предметном пучке и установлено с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси пучка, N-2 дополнительных зеркал и допол0
нительные пространственные фильтры расположены попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем.каналов, N-1 голограмм эталонной поверхности помещены в общем держателе и расположены по ходу излучения за объективом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, в месте пересечения предметных каналов с опорным.
Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, преимущественно к голографическим интерференционным устройствам для контроля формы поверхно.стей оптических деталей. Изобретение решает задачу контроля крупногабаритных оптических поверхностей i повышение точности контроля. Устанавливают по ходу излучения светоделитель, предназначенный для разделения излучения на опорный и предметные каналы, два зеркала, с возможностью поворота, и пространственный фильтр. Выполняют светоделитель N-ка- нальным. например, в виде N-гранной лирамиды и устанавливают его вершиной по отношению к источнику излучения. Интерферометр снабжают объективом. N-2 дополнительными голограммами эталонной поверхности. N-1 дополнительными зеркалами, N-2 дополнительными пространственными фильтрами и одно из дополнительных зеркал располагают в предметном пучке с возможностью поворота вокруг оси. перпендикулярной оси пучка.a N-2 дополнительных зеркал и дополнительные пространственные фильтры располагают попарно по ходу излучения N-2 разделенных светоделителем каналов, и помещают N-1 голограмм эталонной поверхности в общем держателе по ходу излучения за обьек- тивом, выполненным общим для N-1 предметных каналов, о месте пересечения предметных каналов с спорным. При контроле формы оптических поверхностей диаметром от 1000-3000 мм. Такое выполнение обеспечивает высокую точность контроля со средне-квадратической ошибкой оценки волнового фронта от каждой зоны при обработке на ЭВМ (а 0,02А). 3 ил.
М17)
рие.1
В
Ф4/&.2
| Applied Optics ,v 8, № 5, 1969, рр.951- 955. |
