Интерферометр для контроля плоской или сферической поверхности

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОСКОЙ ИЛИ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Дидковская Наталия Викторовна Фдорцев Ростислав Валерьевич Дидковский Ярослав Иванович Луговик Алексей Юрьевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(56) ЕСЬКОВА Л.М. и др. Компьютерные методы контроля оптики. Методические указания к лабораторному практикуму.- СПб. СПбГУ ИТМО, 2004.С. 8-15.9654 1, 2007.2255307 1, 2005.1770738 1, 1992.1062519 , 1983.2005/043073 2.5076695 , 1991.(57) Интерферометр для контроля плоской или сферической поверхности детали, содержащий лазерный источник излучения, телескопическую систему, включающую фокусирующий компонент, диафрагму, светоделитель и коллиматорный объектив измерительный канал, включающий систему переменного увеличения и контролируемую поверхность детали, оптически связанную через эталонную поверхность с коллиматорным объективом канал настройки изображения и устройство регистрации изображения, отличающийся тем, что телескопическая система содержит афокальный компенсатор, расположенный между коллиматорным объективом и светоделителем, а фокусирующий 12565 1 2009.10.30 компонент выполнен в виде реверсивного телеобъектива, состоящего из одиночной отрицательной линзы и трехлинзового положительного блока, причем диафрагма расположена в задней и передней фокальных плоскостях соответственно реверсивного телеобъектива и системы коллиматорный объектив-афокальный компенсатор-светоделитель система переменного увеличения выполнена с диафрагмой в предметной плоскости и расположена с возможностью фокусировки излучения, отраженного от эталонной и контролируемой поверхностей, посредством системы объектив-компенсатор-светоделитель на ее диафрагме,а канал настройки изображения совмещен с измерительным каналом и выполнен в виде линзового компонента. Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для точного бесконтактного контроля формы плоских и сферических поверхностей (непокрытых и зеркальных) в лабораторных и производственных условиях оптического приборостроения. Прототипом заявляемого технического решения является интерферометр ИКД-110 1,построенный по классической оптической схеме Физо, предназначенный для получения и регистрации интерферограмм, характеризующих деформации волновых фронтов относительно эталонных поверхностей сравнения, содержащий лазерный источник излучения,выполненный в виде гелий-неонового лазера, телескопическую систему, включающую фокусирующий компонент, светоделитель, выполненный в виде полупрозрачного зеркала,диафрагму и объектив, а также приемную оптическую систему, включающую систему переменного увеличения в канале регистрации волновых фронтов и канал настройки изображения. Недостатком прототипа является наличие двух параллельных каналов регистрации и настройки, которые вызывают сложности при юстировке прибора. Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции интерферометра за счет совмещения функций его отдельных элементов. Поставленная задача решается тем, что в интерферометре, для контроля плоской или сферической поверхности детали, содержащем лазерный источник излучения, телескопическую систему, включающую фокусирующий компонент, диафрагму, светоделитель и коллиматорный объектив измерительный канал, включающий систему переменного увеличения и контролируемую поверхность детали, оптически связанную через эталонную поверхность с коллиматорным объективом канал настройки изображения и устройство регистрации изображения, телескопическая система содержит афокальный компенсатор,расположенный между коллиматорным объективом и светоделителем, а фокусирующий компонент выполнен в виде реверсивного телеобъектива, состоящего из одиночной отрицательной линзы и трехлинзового положительного блока, причем диафрагма расположена в задней и передней фокальных плоскостях соответственно реверсивного телеобъектива и системы коллиматорный афокальный объектив-компенсатор-светоделитель система переменного увеличения выполнена с диафрагмой в предметной плоскости и расположена с возможностью фокусировки излучения, отраженного от эталонной и контролируемой поверхностей, посредством системы объектив-компенсатор-светоделитель на ее диафрагме,а канал настройки изображения совмещен с измерительным каналом и выполнен в виде линзового компонента. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая оптическая схема интерферометра, а на фиг. 2 - три положения компонентов системы переменного увеличения для измерения деталей различного диаметра. Основой конструкции прибора являются оптическая схема Физо и модульный принцип построения основных блоков и элементов. Интерферометр включает лазерный источник излучения 1 два плоских зеркала 2 и 3, предназначенных для изменения направления 2 12565 1 2009.10.30 оси оптической системы телескопическую систему Кеплера 4 измерительный канал,включающий систему переменного увеличения 5, предназначенную для регулирования размера изображения интерферограммы при изменении размеров контролируемой поверхности, и канал настройки изображения в виде одиночного линзового компонента 6 а также устройство регистрации изображения - ПЗС-матрицу 7. Телескопическая система Кеплера 4 предназначена для расширения исходного лазерного пучка диаметром 0,8 миллиметров до размеров контролируемой поверхности и включает реверсивный телеобъектив 8, который при малом фокусном расстоянии имеет вынесенную заднюю фокальную плоскость, позволяя тем самым установить полевую точечную диафрагму 9, которая, в свою очередь, расположена в передней фокальной плоскости системы объектив-компенсатор-призма а также светоделитель 10, выполненный в виде кубика афокальный компенсатор 11, представляющий собой одиночную собирающую линзу, и трехлинзовый коллиматорный объектив 12. Перед коллиматорным объективом 12 установлены клиновидная пластина 13 с эталонной поверхностью А и измеряемая деталь 14 с контролируемой поверхностью Б. Принцип работы интерферометра основан на явлении двухлучевой интерференции с продольным сдвигом волновых фронтов и заключается в следующем. Выходящий из лазерного источника излучения 1 монохроматический параллельный световой пучок после отражения от плоских зеркал 2 и 3 реверсивным телеобъективом 8 собирается на точечную диафрагму 9, которая обеспечивает пространственную фильтрацию излучения и направляет его в систему объектив-компенсатор-призма. Образующийся на выходе из коллиматорного объектива 12 параллельный пучок лучей проходит через клиновидную пластину 13 и попадает на измеряемую деталь 14. Излучение, отраженное от эталонной поверхности А клиновидной пластины и контролируемой поверхности Б измеряемой детали, посредством системы объектив-компенсатор-призма фокусируется на диафрагму,установленную в предметной плоскости системы переменного увеличения 5. Перед началом измерений осуществляется настройка интерферометра. С этой целью в расходящийся пучок лучей вводится линзовый компонент 6, который осуществляет проектирование изображения диафрагмы в плоскость ПЗС-матрицы 7 из сопряженной с ней плоскости изображений системы переменного увеличения 5. При этом на экране монитора наблюдаются две точки автоколлимации от эталонной А и исследуемой Б поверхностей. Их совмещение между собой достигается за счет изменения наклона исследуемой поверхности относительно эталонной, изначально выставленной по вертикальному уровню. После настройки интерферометра производится регистрация интерферограммы, которая предусматривает вывод линзового компонента 6 из оптической системы. Полученное ПЗС-матрицей аналоговое изображение передается по видеоканалу на персональный компьютер, преобразуется посредством специального устройства в цифровой видеосигнал и обрабатывается программным пакетом на предмет получения значений точек контролируемой поверхности с максимальным и минимальным отклонением от эталонной поверхности. Контроль плоскостности оптических поверхностей основан на явлении интерференции, полученной в воздушном промежутке между эталонной поверхностью образцовой пластины и проверяемой поверхностью детали. В интерферометр входят две образцовые пластины, одна из которых имеет многослойное светоделительное покрытие с высоким коэффициентом отражения. При контроле плоскостности поверхностей, не имеющих отражающего покрытия, в воздушном промежутке между эталонной и проверяемой поверхностями наблюдается двухлучевая интерференционная картина с характерными для нее темными и светлыми полосами одинаковой ширины, а при контроле плоскостности поверхностей с отражающим покрытием в воздушном промежутке между эталонной и проверяемой поверхностями наблюдается многолучевая интерференционная картина - тонкие темные полосы на светлом фоне. 12565 1 2009.10.30 В конструкции интерферометра предусмотрено соблюдение требования обеспечения при регистрации равного качества интерференционных картин для поверхностей оптических деталей диаметромот 10 до 80 мм. В заявляемом интерферометре предлагается использовать ПЗС-матрицу с разрешением 10241024 пикселя совместно с системой переменного увеличения (фиг. 2) с увеличением М, определяемым по формуле 24,0,5 гдеи- соответственно максимальное и минимальное увеличение панкратической системы. Такой подход позволяет регистрировать интерферограммы поверхностей деталей диаметром 20, 40 и 80 мм с максимальным разрешением 10241024 пикселя, остальной размер деталей - с разрешением не хуже 512512 пикселей. В таблице приведены основные технические характеристики интерферометра. Наименование параметра диаметр измеряемых деталей, мм увеличение, крат источник излучения рабочая длина волны, нм погрешность измерения, интерф. полосы габаритные размеры , мм масса, кг В интерферометре выполнено совмещение каналов регистрации и настройки изображения, что обеспечивает простоту его эксплуатации и гарантирует стабильность в работе. Комплексная оценка качества изображения системы для создания широкого параллельного пучка характеризуется числом Штреля 0,98 и среднеквадратическим искажением волнового фронта СКВ/95. Такое качество системы дает возможность контролировать поверхности с заявленной точностью. Предлагаемое техническое решение содержит афокальный компенсатор, исправляющий сферическую аберрацию, вносимую светоделительным кубиком, что позволяет использовать сменные коллиматорные объективы интерферометров различных производителей, в том числеи , для контроля вогнутых и выпуклых сферических поверхностей. При работе интерферометр жестко устанавливается на монолитный стол с масляной гидростабилизированной системой гашения внешних вибраций. Источники информации 1. Еськова Л.М., Гаврилин Д.А. Компьютерные методы контроля оптики. Методические указания к лабораторному практикуму. - СПб. СПб ГУ ИТМО, 2004. - 89 с. (Интерферометр ИКД-110.0.М.). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.