Способ контроля формы поверхностишАРиКОВыХ лиНз Советский патент 1981 года по МПК G01B11/24 G01B9/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, для точного контроля формы поверхности шариковых линз и однородности их материалов.

Известен способ контроля фронтальных линз NKKpoo6beKTHBOB, заключа}ощийся в том, что испытуемую линзу закрепляют на поворотном столике в микроинтерферометре, имеющем объектив в рабочей ветви, фокусируют объектив на центр кривизны контролируемой поверхности, получают с помощью ветви сравнения интерференционную картину, измеряют волновую аберрацию пучка, отраженного от одного участка контролируемой поверхности, поворачивают контролируемую линзу вместе со столиком, измеряют волновую аберрацию от других участков контролируемой поверхности и строят полную функцию волновой аберрации 1,

Недостатками этого способа яваяются его большая трудоемкость и невозможность обеспечения точности контроля выше, чем 0,2 полосы, вследствие необходимости перенастройки интерферометра после поворотов линзы и накопления ошибок при переходе

от одного участка поверхности к другому .

Наиболее близкий к предлагаемому способ контроля формы поверхности шариковых линз заключается в том, что устанавливают линзу на жесткую опору в лазерном интерферометре, имеющем объектив в рабочей ветви, фокусируют объектив на центр кривизны контроoлируемой поверхности, поворачивают линзу относительно опоры и регистрируют изменение интерференционной картины, по которой судят о форме детали 2.

5

Этот способ может быть применен для контроля шариковых линз, если использовать лазерный интерферометр без ветви сравнения и наблюдать картину интерференции двух пучков, один

0 из которых отражен от верхней поверхности шариковой линзы, а другой - от нижней поверхности.

Интерференционная картина может наблвддаться в плоскости, расположен5ной достаточно далеко от плоскости изображения, например в плоскости зрачка, так как вследствие фокусировки объектива на центр кривизны, р плоскости изображения каждый пучок

0 стягивается в точку.

Недостатком этого способа является сложность процесса контроля. Сложность обусловлена чувствительностью интерференционной картины к смещениям центра шариковой линзы поперек оптической оси объектива, а поскольку ни шариковая линза, ни опора не являются .идеально жесткими, идеально гладкими и идеально чистыми, то для стабильной фиксации поверхности шариковой линзы относительно опоры необходимо, во-первых, предъявить очен высокие требования к конструкции опоры во-вторых, обеспечить надежный прижим шариковой линзы к опоре, не повреждая при этом поверхности линзы, что требует специальных оправ, и, в-третьих, обеспечить аккуратный поворот шариковой линзы относительно опоры.

Цель изобретения - упрощение процесса контроля.

Поставленная цель достигается тем, что интерференционную картину регистрируют в плоскости изображения а объектив фокусируют на плоскость, расположенную от центра линзы на расстоянии t, удовлетворяклдем условиям

-г t Зг It

где t - координата, отсчитываемая

вдоль оси объектива от центра шариковой линзы в направлении от объектива; п - показатель преломления материала шариковой линзы, А - числовая апертура объектива, X - длина волны излучения лазера г - радиус шариковой линзы. Щариковую линзу устанавливают на опору, имекядую поворотную платформу и неподвижные упоры, и вращают поворотную платформу.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для осуществления ; способа измерения геометрических размеров прозрачных труб; на фиг. 2 опора.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит (фиг.1) лазер 1, линзу 2, светоделитель 3, объектив 4,.сетку 5 со шкалой, окуляр б и шариковую линзу 7.

Способ осуществляется следующим образом.

Параллельный пучок, выходящий из лазера 1, собирается линзой 2 в точку, которая проектируется объективом 4 в плоскость, находящуюся на расстоянии t от центра шариковой линзы 7. Пучки, отраженные от верхней и нижней поверхности шариковой линзы 7 проёкцируются объективом 4 в плоскость изображений, расположенную на такйл же расстоянии от светоделителя 3, что и точка схода пУчка после линзы.2. В плоскости изображений

помещена сетка 5 со шкалой, по оценивают смещение интерферен ционных полос. Интерференционная картина наблюдается с помощью окуляра б. Шариковая линза 7 помещается на опору, имеющую наклонную поворотную платформу 8-(фиг.2) с неподвиж1НЫМИ упорами 9, которые фиксируют положение центра шариковой линзы.

Испытуемую шариковую линзу 7 помещают в лазерный интерферометр на

опору, содержащую поворотную платформу 8 и упоры 9, определяющие положение шариковой линзы. Объектив 4 интерферометра фокусируют сначала на

центр кривизны шариковой линзы, что наблюдается как стягивание в точку двух отраженных от шариковой линзы пучков, а затем приближают шариковую, линзу к объективу 4, наблюдая в окуляр 6 до тех пор, пока в плоскости изображения не появится.интерференционная картина, содержащая 2-5 колец. Затем поворотную платформу вращают, наблюдая в окуляр б, и оценивают по шкале сетки 5 .

5 нение радиуса одной из интерференционных полос.

Шариковые линзы являются наиболее трудно контролируемыми линзами при производстве микрообъективов. В

0 настоящее время контроль таких линз производится выборочно в малых количествах, так как он является очень трудоемким и требует применения специальных оправ (время, требуемое

5 для контроля одной линзы, составляет

около 5 мин, но при этом является субъективным и не обеспечивает высокой точности).

Предлагаемый способ контроля требует времени не более 5 с на каждую

линзу, что дает возможность обеспечить сплошной и более точный контроль при крупносерийном выпуске микрообъективов, исчисляемом сотнями тысяч штук в год. Это в свою очередь

5 позволяет значительно облегчить и тем самым удешевить последующую сборку микрообъективов и повысить их качество.

Расчеты показывают, что интерференционная картина в плоскости изображения практически нечувствительна к смещениям центра шариковой линзы как вдоль, так и поперек оптической оси объектива. Она имеет вид концентf рических колец внутри освещенного поля, размеры и положение которых зависят от положения центра, но не зависят от разности хода между лучами, отраженными от нижней и верхней поверхности шариковой линзы. Размеры

0 и положение колец зависят только от указанной разности хода и не зависят от положения центра.

Если вследствие погрешности формы поверхности или неоднородности материала шариковой линзы указанная разrioCTb хода будет неодинакова в различных сечениях шариковой линзы, то при ее вращении интерференционные кольца периодически сжимаются и расширяются на величину различия в разности хода. Условие, налагаемое на расстояние от центра шариковой линвы до плоскости фокусировки, необходимо для того, чтобы размер освещенного поля был не менее одного интерференционного кольца.

Оптимальная плоскость фокусировки ,как показывают расчеты,- расположена за центром шариковой линзы примерно на расстоянии радиуса- от нее, т.е..

г. При t - г или t й 3 г ин-ОПТИАЛ

терференционная картина пропадает, а вне интервала (-г, Зг) она существует, но малоконтрастна.

Так как при предлагаемом способе интерференционная картина нечувствительна к смещениям центра шариковой линзы, то для повышения производительности контроля шариковую линзу устанавливают на опору, имеющую наклонную поворотную платформу и упоры и вращают поворотную платформу. При вращении платформы шарик перекатывается, но его центр, определяемый упорами, почти не смещается, вследствие чего картина интерференции остается видной. Частота изменений радиусов колец интерференционной картины пропорциональна скорости вращения платформы и может быть достаточно большой, поэтому время контроля каждой шариковой линзы можно свести к секундам. Не занимает время также установка и снятие шариковых линз, в то время, как в известных способахкажную контролируемую линзу надо закреплять в специальных оправах.

Формула изобретения 1. Способ контроля формы поверхности шариковых линз, заключакядийс: в том, что устанавливают линзу на жестк.ую опору в лазерном интерферо метре, имеющем обьектив в рабочей ветви, поворачивают линзу относительно опоры и регистрируют изменение интерференционной картины, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения процесса контроля,, интерференционную картину регистрируют в плоскости изображения, а объектив фокусируют на плоскость, расположенную от центра линзы на расстоянии t, удовлетворяющем условиям

где t - координата, отсчитываемая

вдоль оси объектива от центр шариковой линзы в направлении от объектива, 1 - радиус шариковой линзы, h - показатель преломления материала шариковой линзы, А - числовая апертура объектива, Д. - длина волны излучения лазера 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью повьшени производительности контроля, шариковую линзу устанавливают на опору, имеющую поворотную платформу и неподвижные упоры, и вращают поворотную платформу.

Источники информации, , принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №60130, кл. 42 h ,34/11, 1941.

2.Авторское свидетельство СССР №574604, кл. G 01 В 11/24,

G 01 В 9/02, 1977 (прототип).