Способ измерения рабочего отрезка объективов и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01M11/00 

водом микрообъектива и первым входом фазовой схемы. Устройство содержит также сумматор, входы которого подключены к выходам каналов обработки сигналов, а выход соединен с вторым входом фазочувствительной схемы.

Недостатком способа и устройст|Ва является недостаточная точность измерения, связанная с возможностью окончания процесса измерения и последующей фиксацией положения не фокальной плоскости объектива, а плоскости, находящейся вблизи нее, определяемой положением побочного максимума высокочастотного сигнала, соответствующего побочному максимому на расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты.

Целью изобретения является повышение очности измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения рабочего отрезка объективов,заключающемся в посроении изображения тест-объекта в плоскости анализа, сканирования ее по глубине с последующей одновременной низкочастотной и высокочастотной пространственной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании оптического сигнала во временную последовательность амплитудно-модулированных сигналов, делении сигналов на два канала, выделении огибающих сигналов, сравнении фазы сканирующего сигнала с фазами огибающих, по результату которого вырабатывают сигнал на перемещение объектива, определяют максимальную величину амплитуды побочного максимума высокочасто него сигнала при расфокусированном положении объектива, выделяют управляющий сигнал на перемещение объектива по фазе огибающей низкочастотного сигнала и при превышении амплитудой высокочастотного сигнала величины максимальной амплитуды сигнала побочного максимума формируют управляющий сигнал по фазе огибающей высокочастотного сигнала.

Кроме того, указанная цель достигается тем, что в устройство для осуществления способа, содержащее последовательно расположенные тестобъект, оптическую систему переноса изображения тест-объекта в предметную плоскость, объектив с механизмом перемещения, микрообъектив, с прводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормирующая, и фотоприемник на выход которого параллельно подклчены два канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из узкополосного фильтра и детектора, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускания, соответствующую частот

нормирующей штриховой решетке растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управления перемещением объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива, J первым входом фазовой схемы, введены два фильтра нижних частот, два ключа, компаратор и источник опорного напряжения, причем входы фильтров нижних частот соединены с выходами

детекторов, выходы - с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены с вторым входом фазовой схемы управления, первый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход - к выходу фильтра нижних частот второго канала.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, объектив 4, контролируемый объектив 5, микрообъектив 6, диск 7 анализатора, фотоприемник 8, электродвигатель 9, усилитель 10, полосовые фильтры 11, 12, детекторы 13, 14, фильтры 15, 16 нижних частот, конденсаторы 17, 18, компаратор 19, ключеQ вые элементы 20, 21, фазочувствительный детектор 22, усилитель 23 мощности, электродвигатель 24, механизм 25 осевого - перемещения, генератор 26 опорных напряжений, привод 27, отг счетное устройство 28, источник 29 опорного напряжения.

Тело накала источника 1 света проектируется с помощью конденсатора 2 на щелевую диафрагму 3. Изображение щелевой диафрагмы 3, расположенной в фокусе объектива 4, строится в фокальной плоскости контролируемым объективом 5 и переносится микрообъективом б в плоскость анализа, в которой установлен диск 7 анализатора.

Диск 7 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображения щелевой диафрагмы 3, имеющий спектр, близкий к непрерывному. Световой поток, промодулированный частотами, определяемыми -частотой нанесения штриховых решеток на диск анализатора 7 и Jкopocтью вращения электродвигателя 9, попадает на фотоприемник 8.

Генератор 26 опорных напряжений связан с приводом 27,передающим колебательные движения микрообъективу 6. Колеблющийся микрообъектив 6 осуществляет глубинное сканирование изображения щелевой диафрагмы 3, ocyirjecxвляя амплитудную модуляцию электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 8.

Электрический сигнал, снимаемый с

5 фотоприемника 8, усиливается усилителем 10 и поступает на полосовые фильтры 11, 12, вьаделяющие первую гармоническую составляющую, амплитуда которых связана с текущим положением контролируемого объектива. Сигнал с выхода фильтров 11, 12 детекти руются детекторами 13, 14, сглаживаются фильтрами 15, 16 нижних частот. .Модулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсатора ми 17, 18 и поступает на информацион ные выходы ключевых элементов 20, 21 с выхода которых поступает на второй вход фазочувствительного детектора 22, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 26 опорных напряжений. Напряжение с выхода фазочувствительного детектора 22 усиливается усилителем 23 мощности и поступает . на электродвигатель 24, который, вра Щаясь, перемещает механизм 25 осевого перемещения, связанный с контро лируемым объективом 5. При нахождении контролируемого объектива 5 в положении, соответству щем совмещению фокальной плоскости контролируемого объектива 5 со средним положением предметной плоскости микрообъектива 6, и при сканировании микрообъективом б на конденсаторах 17, 18 вьоделяется модулирующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна удвоенной часто те сканирования микрообъектива 6. Пр этом на выходе фазочувствительного детектора 22 формируется напряжение, постоянная составляющая которого рав на нулю и контролируемый объектив 5 не перемещается. При нахождении контролируемого объектива 5 в ином положении на конденсаторах 17, 18 выделяется модулирующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна часто те сканирования микрообъектива б, а фаза зависит от знака смещения контролируемого объектива 5. На выходе фазочувствительного детектора 22 фор мируется пульсирующее напряжение соответствующего знака, которое переме щает контролируемый объектив 5 в положение, соответствующее его фактическому рабочему отрезку, величина которого считывается с помощью отсче ного устройства 28. При значительном смещении контролируемого объектива 5 от положения, соответствующего фактическому рабоче .му отрезку, напряжение на выходе фильтра 16 нижних частот близко к ну лю. Компаратор 19 вырабатывает напряжение открывающее ключевой элемент 2 При этом устройство работает на нормирующей (низкой) пространственной частоте. При малых смещениях контролируеjfioro объектива 5 на выходе фильтра 16 низких частот появляется напряжение. При превышении этого напряжения величины опорного напряжения , задаваемого источником 29 опорного напряжения, компаратор 19 запирает ключевой элемент 20 и отпирает ключевой элемент 21, и устройство продолжает работу на высокой пространственной частоте. Уровень UQP выбирается выше уровня. соответствующего побочным максимумам на расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты. Таким образом, при значительных расфокусировках работа устройства основывается на модуляции расфокусировочной кривой для нормирующей(низкой) пространственной частоты, затем на модуляции расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты с исключением существующих на ней побочных максимумов. Формула изобретения 1.Способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в построении изображения тест-объекта,в плоскости анализа, сканировании ее по глубине с последующей одновременной низкочастотной и.высокочастотной пространственной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании оптического сигнала во временную последовательность амплитудно-модулированных сигналов, делении сигналов на два канала, выделении огибающих сигналов, сравнении фазы сканирующего сигнала с фазами огибающих, по результату которого вырабатывают сигнал на перемещение объектива, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют максимальную величину амплитуды сигнала побочного максимума высокочастотного сигнала при расфокусированном положении объектива, выделяют управляющий сигнал на перемещение объектива по фазе огибающей низкочастотного сигнала и при превышении амплитудой высокочастотного сигнала величины максимальной амплитуды сигнала побочного максимума формируют управляющий сигнал по фазе огибающей высокочастотного сигнала. 2.Устройство для осуществления способа по П.1, содержащее последовательно расположенные тест-объект, j оптическую систему переноса изображения тест-объекта в предметную плоскость, объектив с механизмом перемещения, микрообъектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормирующая, и фотоприемник. на выход которого параллельно подключены два канала обработки сигнала каждый из которых состоит из узкополосного фильтра и Детектора, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра подключен к первому каналу, фазовую схему управления перемещением объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива и первым входом фазовой схемы, от лич.ающи.йся тем, что в него введены два фильтра нижних частот, два ключа, компаратор и источник опо ного напряжения, причем входы фильтров нижних частот соединены с выходами детекторов, выходы - с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены с вторым входом фазовой схемы управления, первый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход - к выходу фильтра нижних частот второго канала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кривовяз Л.М., и др. Практика оптической измерительной лаборатории, М., Машиностроение, 1976, с.218. 2. Авторское свидетельство СССР 415536, кл. G01 М 11/02, 1972 (прототип).