Способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре Советский патент 1982 года по МПК G01B11/24 G01B9/02 

I

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля формы поверхностей оптических деталей, и может быть использовано в производстве, занятом изготовлением преимущественно крупногабаритных оптических деталей, а также деталей с поверхностями знакопеременной кривизны.

Известен способ контроля формы поверхностей оптических деталей с помощью пробного стекла tl3Недостатком такого способа является невозможность контроля поверхностей крупногабаритных оптических деталей, а также низкая производительность, которая определяется, в основном временем выдержки Иробного стекла на контролируемой поверхности для уравнения температ ры помещения, детали и пробного стекла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптичес.ких деталей на неравноплечем лазерном интерферометре, заключающийся в том, что .создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхности, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным,

10 анализируют интерференционную картину, по которой судят о деформации и знаке деформации формы контролируемой поверхности t23.

Недостатком известного способа

15 является малая производительность, которая определяется, в основном, временем наиболее сложной и трудоемкой операции по определению знака контролируемого параметра. Послед20нее объясняется необходимостью анализа изменяющейся интерференционной картины в процессе изменения кривизны рабочего или опорного волновогоу фронта. Наиболее полно этот недостаток проявляется при контроле крупногабаритных оптических деталей. Цель изобретения - упрощение определения знака деформации формы контролируемой поверхности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре, заключающемуся в том, что создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхности, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным, анализируют интерференционную картин по которой судят о деформации и знаке деформации формы контролируемой поверхности, рабочий волновой фронт локально деформируют в радиальном направлении на величину , где X - длина волны источника света, путем введения в него оптической фазовой неоднородности. Следствием локальной деформации опорного или рабочего волнового фронта является наличие на интерференционной картине скачков, направление которых определяет знак контро лируемой погрешности, а именно, если локальная деформация волного фронта представляет собой бугор, то скачок интерференционной полосы направлен в сторону ямы, и наоборот. Таким образом, отпадает необходимост анализа изменяющейся интерференционной картины в процессе изменения кривизны опорного или рабочего волно вого фронта. В том случае, если волновой фронт локально деформирован на величину Л на волны излучения источника света, так, что меньшая величина деформаций приходится на зоны, граничащие с недеформированным волновым фронтом, то скачки интерференционных полос имеют ярко выраженный направленный харак-тер, а их величина равна половине ширины Интерференционной полосы, что позволяет надежно следить за направлением скачков даже при сложном характере интерференционной картины. На фиг. 1 приведена схема устаноэ ки, реализующей способ контроля форМЫ асферических поверхностей крупногабаритных оптических деталей, на фиг. 2 - вид оптической фазовой неoднopoднocтJИ (просветляющее покрытие) , нанесенной на одну из поверхностей линз корректора (вид А на фиг. 1), на фиг. 3 , , 5 изменение величины локальной деформации волнового фронта при прохождении им рабочей ветви установки, схема которой приведена на фиг. 1. Способ реализуется следующим образом. Создают от лазерного источника 1 света с помощью оптических элементов 2 интерферометра опорный (на фиг. 1 не показан) и сферический волновой фронт 3. -Преобразуют последУ НИИ с помощью корректора 4 волнового фронта в асферический волновой фронт 5 форма которого,совпадает с теоретической формой контролируемой поверхности 6. При прохождении волнового фронта через оптическую систему корректора k его локально деформируют с помощью оптической фазовой неоднородности 7, расположенной на одной из поверхностей линз корректора . В результате выходящей из корректора вол новой фронт 5 имеет локально деформированную на величину Д|у1дх зону, как показано на фиг. 3- Направляют асферический волновой фронт 5 по нормалям к контролируемой поверхности 6. При отражении от нее знак локальной деформации волнового фронта 5 меняется на обратный, т.е. величина локальной деформации становится равной (фиг. t) . Отраженный от контролируемой поверхности 6 волновой фронт 5 преобразуют корректором 4 в сферический волновой фронт 3. При прохождении волнового фронта через корректор оптическая фазовая неоднородность, размещенная на одной из его поверхностей, еызывает вторичную деформацию волнового фронта в ранее деформированных зонах, поэтому вели-, чина его локальной деформации становится равной ,как показано на фиг. 5. Объединяют с помощью оптически-х элементов 2 интерферометра опорный и сферический 3 волновые фронты и наблюдают интерференционную картину в плоскости, оптически сопряженной с контролируемой поверхностью. По количеству интерференционных полос определяют величину отступлений формы контролируемой поверхности от расчетной (одна интерференционная полоса )соответствует ошибке величиной - , где - длина волны излучения используемого лазера).

По направлению скачков интерференционных полосtопределяют знак контролируемой ошибки. Лучи света, отраженные от точек контролируемой поверхности, оптически сопряженных с точками одной и той же интерфе рен ционной полосы, имеют одинаковую оптическую длину пути при двойном прохождении рабочей ветви интерферомет.ра. Если локальная фазовая неоднород ность, помещанная в рабочую ветвь интерферометра, приводит, например, к опережению участка волнового фрон.та {фиг. 3) падающего на контролируемую поверхность, что соответствуе наличию на нем, то точки контролируемой поверхности, соответствующие интерференционной полосе одного порядка, приходящиеся на Д9 формированный участок волнового фрон та, занижены по отношению к остальным точкам этой же интерференционной полосы, т.е. если локальная деформация падающего на контролируемую поверхность волнового фронта представляет собой бугор, то скачок интерференционной полосы направлен в сторону ямы, и наоборот.

Оптическая фазовая неоднородность может быть выполнена в виде просветляющего покрытия толщиной нанесенного на одну из поверхностей линз корректора k так, что на ней имеются три радиально расположенные зоны 8 шириной L-1 мм, толщина покрытия сЛ внутри которых переменна по их ширине, и меняется от нуля

в центре зоны до значения dViax краю по линейному закону (фиг. 2). Поскольку Л п - сЛ , где п показатель преломления просветляющего покрытия, то для выполнения, услоА.

ВИЯ Л4 ц7 толщина покрытия Сг должна удовлетворять неравенству

Величину показателя преломления п

ориентировочно можно принять равной 1,5. Для He-Ne лазера с длиной волны излучения Л 0,6328 мкм, величина (/ О , 1 мкм.

Предложенный способ псЗзволяет сократить время контроля формы и знака деформации формы поверхности крупногабаритных оптических деталей. Формула изобретения

Способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре, заключающийся в том, что создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхности, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным, анализируют интерференционную картину, по которой судят о деформации и знаке деформации формы контролируемой поверхности отличающийся тем, что, с целью упрощения определения знака деформации формы контролируемой поверхности, рабочий волновой фронт локально деформируют в радиальном направлении на величину д,

4гдеД - длина волны источника света, путем введения в него оптической фазовой неоднородности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Коломийцов Ю. В. Интерферометры Л., Машиностроение., 1976, с. 195 196, .

2.Там же, с. 215-216 (прототип).