ИНТЕНФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ И ПЛОСКОСТНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА Советский патент 1997 года по МПК G01B9/02 G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроительной и машиностроительной отраслях промышленности для бесконтактного контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта
пластин для плоских зеркал и дифракционных решеток, установочных плит, направляющих и линеек большой длины.

Известен интерферометр для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта, содержащий источник монохроматического света, телескопическую систему для расширения коллимированного пучка от источника монохроматического света, две одинаковые дифракционные решетки, параллельные друг к другу, но перпендикулярны оси телескопической системы и контролируемой поверхности, для амплитудного деления расширенного пучка и совмещения рабочего и опорного пучков [1]
Недостатком данного интерферометра является невысока точность контроля того, что цена интерференционной полосы при наклонном падении рабочего пучка является большой, а также ввиду того, что в результате отражения от контролируемой поверхности объекта происходит поворот рабочего пучка на 180^o по отношению к опорному, что ужесточает требования к характеру и величине аберраций телескопической системы и качеству пластин, используемых для дифракционных решеток, а также заставляет применять лазерный источник с одномодовым излучением, т.е. с высокой пространственной когерентностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является интерферометр для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта, содержащий источник монохроматического света, телескопическую систему, расширяющую световой пучок и включающую микрообъектив, светоделитель, коллиматорный объектив и светоделительную решетку, отстоящую от светоделительной дифракционной решетки на расстоянии, превышающем размер контролируемой поверхности объекта, и регистрирующее устройство [2] Светоделительная дифракционная решетка выполнена прозрачной.

Недостатком известного интерферометра является громоздкость и сложность конструкции, а также понижение точности контроля из-за смещения рабочего и опорного пучков, возникающего в том случае, если точно не задано соотношение частоты штрихов светоделительной прозрачной и отражательной решеток. Так, например, если эти частоты раны, то пучки -1-го порядка дифракции опорного пучка на отражательной решетке и 0-го порядка дифракции рабочего пучка смешиваются и возникает обратнокруговой ход этих пучков, ухудшающий контраста рабочей интерференционной картины и снижающий точность контроля из-за возникновения паразитной интерференции рабочего и опорного пучков.

Целью изобретения является повышение точности контроля, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном интерферометре для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта, содержащем источник монохроматического света, телескопическую систему, расширяющую световой пучок и включающую микрообъектив, светоделитель, коллиматорный объектив и светоделительную дифракционную решетку, плоскую отражательную дифракционную решетку; отстоящую от светоделительной дифракционной решетки на расстоянии, превышающем размер контролируемой поверхности объекта, и регистрирующее устройство, коллиматорный объектив и светоделительная дифракционная решетка выполнены в виде одной вогнутой отражательной дифракционной решетки, оптическая ось которой составляет с оптической осью плоской отражательной дифракционной решетки угол, равный углу дифракции вогнутой отражательной дифракционной решетки; отношение частоты штрихов вогнутой отражательной дифракционной решетки к частоте штрихов плоской отражательной дифракционной решетки равно 1:8.

На чертеже представлена принципиальная оптическая схема интерферометра для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта. Интерферометр содержит источник 1 монохроматического света, зеркало 2 для уменьшения габаритов, телескопическую систему, расширяющую световой пучок и включающую микрообъектив 3, светоделитель 4 для разделения прямого и обратного хода лучей, вогнутую отражательную дифракционную решетку 5 для коллимирования опорного и рабочего пучков, причем ось пучка, сформированного микрообъективом 3, совпадает с нормалью к вогнутой сферической поверхности дифракционной решетки 5 в ее центре, плоскую отражательную дифракционную решетку 6, перпендикулярную коллимированному пучку +2-го порядка дифракции на вогнутой сферической дифракционной решетке 5, и регистрирующее устройство 7.

Оптическая ось вогнутой отражательной дифракционной решетки 5 составляет угол α с оптической осью плоской отражательной дифракционной решетки 6. Индексом 8 обозначен контролируемый объект.

Работает описанный интерферометр следующим образом. Вышедший из источника 1 монохроматического света слегка расходящийся пучок монохроматического света с помощью телескопической системы, включающей микрообъектив 3 и вогнутую отражательную дифракционную решетку 5, преобразуется в два коллимированных пучка, один из которых распространяется в направлении +2-го порядка дифракции вогнутой дифракционной решетки 5 и образует опорный пучок, падающий перпендикулярно плоской отражательной дифракционной решетке 6. Другой пучок распространяется в направлении -2-го порядка дифракции вогнутой дифракционной решетки 5 и образует рабочий пучок, падающий наклонно на контролируемую поверхность объекта 8. Автоколлимационные пучки, отраженные от плоской дифракционной решетки 6, пересекаются в обратном ходе на вогнутой дифракционной решетке 5 и дифрагируют в совмещенные порядки, фокусируемые поверхностью вогнутой дифракционной решетки 5.

В этом случае реализуется автоколлимационный ход лучей, обеспечивающий на выходе интерферометра полное совмещение рабочего и опорного пучков без переворачивания друг относительно друга. Полученная в результате интерференции картина характеризует качество контролируемой поверхности объекта 8 в пределах полосы шириной, равной действующему диаметру вогнутой отражательной дифракционной решетки 5, и максимальной длиной, определяемой углом дифракции решеток и расстоянием между ними.

Правильный выбор параметров отражательных решеток позволяет управлять соотношение интенсивностей интерферирующих пучков для получения максимального контраста картины при контроле поверхностей с различными коэффициентами отражения. Для уменьшения влияния вредного фона и паразитной интерференции на точность контроля выбирают отношение частоты штрихов вогнутой отражательной дифракционной решетки 5 к частоте штрихов плоской отражательной дифракционной решетки 6, равным 1:8.

Для контроля поверхностей с различными коэффициентами отражения необходимо иметь набор решеток с соответствующими параметрами или выбрать пару решеток, соответствующих среднему значению коэффициента отражения из полного диапазона коэффициентов контролируемых поверхностей.

Форма полос интерференционной картины может регулироваться поворотами и наклонами отражательных дифракционных решеток относительно оптической оси интерферометра.

Изобретение позволяет намного уменьшить габариты интерферометра и упростить его конструкцию за счет того, что коллиматорный объектив и светоделительная дифракционная решетка выполнены в виде одной вогнутой отражательной дифракционной решетки. Уменьшение габаритов интерферометра приводит к повышению виброустойчивости, а следовательно и повышению точности контроля путем уменьшения влияния паразитных пучков на качество интерференционной картины.

Компактное выполнение позволяет с успехом использовать интерферометр для контроля оптических крупногабаритных деталей непосредственно на станке как на стадии тонкой шлифовки, так и при доводке полированных деталей. Конструктивно интерферометр, может быть выполнен в виде единого узла с возможностью предварительной настройки всех его элементов.

1. Интерферометр для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта, содержащий источник монохроматического света, телескопическую систему, расширяющую световой пучок и включающую микрообъектив, светоделитель, коллиматорный объектив и светоделительную дифракционную решетку, плоскую отражательную дифракционную решетку, отстоящую от светоделительной дифракционной решетки на расстоянии, превышающем размер контролируемой поверхности объекта, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, упрощения конструкции и уменьшения габаритов, коллиматорный объектив и светоделительная дифракционная решетка выполнены в виде одной вогнутой отражательной дифракционной решетки, оптическая ось которой составляет с оптической осью плоской отражательной дифракционной решетки угол, равный углу дифракции вогнутой отражательной дифракционной решетки.

2. Интерферометр по п.1, отличающийся тем, что отношение частоты штрихов вогнутой отражательной дифракционной решетки к частоте штрихов плоской отражательной дифракционной решетки равно 1 : 8.

1. Интерферометр для контроля прямолинейности и плоскостности поверхности объекта, содержащий источник монохроматического света, телескопическую систему, расширяющую световой пучок и включающую микрообъектив, светоделитель, коллиматорный объектив и светоделительную дифракционную решетку, плоскую отражательную дифракционную решетку, отстоящую от светоделительной дифракционной решетки на расстоянии, превышающем размер контролируемой поверхности объекта, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, упрощения конструкции и уменьшения габаритов, коллиматорный объектив и светоделительная дифракционная решетка выполнены в виде одной вогнутой отражательной дифракционной решетки, оптическая ось которой составляет с оптической осью плоской отражательной дифракционной решетки угол, равный углу дифракции вогнутой отражательной дифракционной решетки. 2. Интерферометр по п.1, отличающийся тем, что отношение частоты штрихов вогнутой отражательной дифракционной решетки к частоте штрихов плоской отражательной дифракционной решетки равно 1 8.