Двухлучевой интерферометр для контроля формы поверхности Советский патент 1981 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 

-Изобретение относится к контроль ио-иэмерительной технике и может быть использовано, в частности, для контроля формы поверхностей, а также при измерении плоскостности. Известен двухлучевой интерферо- метр, содержсцдий источник света, оп-. тическую систему с эталонной поверхностью и наблюдательное устройство . Повышение чувствительности достигает ся за счет многократного отражения рабочего луча между контролируемой и эталонной поверхностями перед нало жением его на опорный луч 11. Схема указанного интерферометра сложна, потому что имеет несколько образцовых (высокоточных) поверхностей, а настройка схемы зависит от то ности взаимного расположения несколь ких поверхностей (включая контролируемую), что снижает надежность рабо ты .схемы и устойчивость процесса интерференции . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является двухлучевой интерферометр для контроля формы поверхности, содержаощй истрчник света и последовательно расположенные по ходу световых лучей коллиматор, светоделительный элемент с эталонной поверхностью, плоское зеркало и наблюдательное устройство 2. Недостатком этого интерферометра является недостаточная чувствительность контроля, так как цена интерференционной полосы снижается в зависимости от угла падения лучей на контролнруемую/поверхность в соответствии с формулой 2 . cos Ч где h - цена интерференционной полосы;JL - волны света; f - угол падения лучей на контролируемую поверхность, измеренный от нормали. Цель изобретения - повышение чувствительности контроля. Поставленная цель достигается тем, что интерферометр снабжен растром, расположенным на эталонной поверх ности светоделительного элемента, выполненным в виде многослойных параллельных полос с наружным отражающим слоем и равномерным шагом,полосы пер пендикулярны плоскости, образованной падакшим и отраженньЕми лучами, а шиина полос к расстояние между ними

выбраны соответственно исходя из зависимостей

b 2d,tgf b

с

j - 1 где b - ширина полосы растра;

с - расстояние между полосами

растра;

d - толщина воздушного зазора между эталонной и контролируемой поверхностями; f - угол падения лучей на контролируемую поверхность; J-2, 3, 4...П- требуемое увеличение чувствительности интерферометра.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема двухлучевого интерферометра; а фиг. 2 - ход интерферирующих лучей и структура растра.

Двухлучевой интерферометр (фиг.1) содержит когерентный источник 1 света (лазер)/ коллиматор 2, оптический светоделительный элемент 3 в виде призмы, эталонная поверхность 4 которого снабжена растром 5.

За светоделительным элементом 3 находится отражающее плоское зеркало б и наблюдательное устройство 7 - экран.

Эталонная поверхность расположена на некотором расстоянии от контролируемой поверхности 8.

Интерферометр работает следующим образом.

Лучи от когерентного источника 1 света поступают в коллиматор 2.Плоский волновой фронт, выходящий из коллиматора 2, падает на одну из поверхностей оптического светоделительного элемента 3 (призмы),- проходит до эталонной поверхности 4, где разделяется на два волновых фронта, один из которых (опорный5отражается от эталонной поверхности 4, а второй (рабочий) проходит через лийейчатую структуру растра 5|И достигает контролируемой поверхности 8. Лучи, форкосрующие эталонный волновой фронт (опорные) , отргикаются от поверхности 4 без усиления или ослабления на линейной структуре растра 5. Из прошедших лучей (рабочих) до контролируемой поверхности 8 доходят лишь те, которые приходятся; на светлые промежутки между полосами растра Отразившись от контролируемой поверхности, рабочие лучи отражаются в воздушном промежутке между контролируемой поверхностью и наружным отражак)щим слоем растра 5 столько раз сколько позволяет ширина полос. Далее, накладываясь друг на друга, рабочие и опорные лучи интерферируют между собой, выходят из оптического светоделительного элемента 3 (призNu) , отрсйсаются от зеркала 6 и попадают на наблюдательное устройство

8, где наблюдаются визуально или с помощью дополнительного устройства интерференционные полосы, которые передают топографию отклонений формы контролируемой поверхности 8 от эталонной поверхности 4 светод,елятелыюго элемента 3.

Растр 5 может быть выполнен либо в виде накладной плоскопараллельной решетки, либо в виде многослойного покрытия. Нижние слои растра поглощают прошедшие лучи, не изменяя доли энергии излучения, отраженной от эталонной поверхности, а верхний слой полностью отражает падакяцее на него в процессе измерения излучение от контролируемой поверхности.

Формулы, связывающие чувствительность с параметрами растра,могут быть получены следукицим образом. Согласно фиг. 2

Ь 2d.tg,

где d - толщина воздушного слоя между контролируемой и эталонной поверхностями 8 и 4; - угол падения лучей на контролируемую поверхность 8.

Для величины расстояния между полосами (с)растра :5 можно получить следующую зависимость. Если b с, то рабочий луч отражается дважды от контролируемой поверхности 8 и чувствительность повышается в два раза Если b 2с, то луч отражается от контролируемой поверхности 8 три раза и во столько же раз растет ч#вс вительность.Можно записать, что повышение чувствительности (3) больше на единицу, чем отношение .Ь/с, то есть j Ь/с -f If откуда

b

с

j - 1-.

где ,3,4.,.n - требуемое увеличе;ние чувствительности интерферометра

Формула изобретения

Двухлучевой интерферс (етр для контроля формы поверхности, содержащий источник света и последовательно расположенные по ходу световых лучей коллиматор, светоделительный элемент с эталонной поверхностью/ плоское зеркало и наблюдательное устройство, отличающийся тем, что,с целью повышения чувствительности контроля, он снабжен растром, расположенным на эташонной поверхности светоделительного элемента, выполненным в виде многослойных параллельных полос с наружным отргикающим слоем и равномерным шагом, полосы перпендикулярны плоскости, образованной пгщгиощим и отраженными лучами/ а щирина полос и пасстояние межвыбраны соответственно ис зависимостей b 2d.tg«f

-r

ширина полосы растра;

оасстояние между полосами

растра; толщина воздушного зазора

между эталонной и контролируе мой поверхностями;

/ / УХ / У

t угол падения лучей на контролируемую поверхность

J- 2, 3, 4... п- требуемое увеличение чувстЕительности интерферометра. Источники информации, 1ринятые во внимайие при экспертизе

1.Патент ГДР 58827, кл. 42 в 12/05,-1966.

2.Патент Японии 29915/68, д кл. 106 F 64, серия YI, 1968. (прототип).

f

Ptff.2