Интерферометр для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей

 

1. ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕПЛОСКОСТНОСТИ И НЕПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель информационного светового пучка,о т л и ч а|Ю щ и и с я тем,что,с целью повышения точности и производительности измерения ,он снабжен оптическим блоком отклонения светового пучка,расположенным между автоколлимационной телескопической системой и формирователем, который выполнен в виде стеклянной пластины с образцовой поверхностью, обращенной к, отражателю, выполненному в виде плоского зеркала, формирователь и отражатель установлены с возможностью наклона к оптической оси. 2. интерферометр по п. 1, о т л ич а ю щ и и с -я тем, что оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде плоского зеркала, жестко связанного с формирователем и установленного под углом 45° к оптической оси. (/) . 3. Интерферометр по п. 1, отличающийся тем, что оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде двух вращающихся друг относительно друга оптических клиньев.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„.Я0„„1 4 06 А

1(5н G 01 В 9/02; G 01 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 3484142/25-28 (22) 16.06.82 (46) 07.10.83. Бюл. М 37 (72) Ю.С. Скворцов, А.И. Лысенко, В.A ° Сойту и В.Б. Касаткин .(53) 531. 715. 1 (088. 8) (56) 1 ° Авторское свидетельство. СССР

М 756192, кл. G 01 В 11/27, 1980.

2, Авторское свидетельство СССР

9 875209, кл. G 01 В 11/24, 1981 (прототий). (54) (57) 1. ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ НЕПЛОСКОСТНОСТИ И НЕПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащий последовательно расположенные на од-) ной оптической оси монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель информационного светового пучка,о т л и ч аI ю шийся тем,что,с целью повышения точности и производительности измерения,он снабжен оптическим блоком отклонения светового пучка, расположенным между автоколлимационной телескопической системой и формирователем, который выполнен в виде стеклянной пластины с образцовой поверхностью, обращенной к отражателю, выполненному в виде плоского зеркала, формирователь и отражатель установлены с возможностью наклона к оптической оси.

2. Интерферометр по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что оптический .блок отклонения светового пучка выполнен в виде плоского зеркала, жестко связанного с формирователем и установленного под углом 45 к оптио Ф ческой оси.

3. Интерферометр по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде двух вращающихся друг относительно друга on- Я тических клиньев.

1046606

Изобретение относится к иэмери" тельной технике, а именно к приборам для бесконтактного измерения неплосностности и непрямолинейности дозеде-. ных, шлифованных и шаброванных поверхностей как малой, так и ( большой протяженности, и может быть использовано, например„ для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверочных плит и линеек, направляющих станков и т.д. 1Î

Известен интерферометр для измерения неплоскостности и непрямоли. нейности поверхностей, содержащий монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков, установленный перед контролируемой поверхностью, н отражатель ин,Формационного светового пучка, уста- 2О

i!GÁëñÿHûÉ эа контролируемой поверхностью. B данном интерферометре формирователь и отражатель выполнены в виде соответственно прозрачной и отражательной дифракционных решеток с раэличнымн частотами )1) .

Недостатками интерферометра являются сложность конструкции и большая сложность автоматизации процесса измерения объектов с различной длиной ЗО контролируемой поверхности. Кроме того, для обеспечения высокой точности измерения необходимо точное совмещение на отражателе оптических осей инФормационного н референтного световых,пучков.

" Наиболее близким к изобретению по технической сущности явл- :ется интерферометр для измерения ненлоскостноси непрямолинейности поверхностей, содержащий последовательно располо- 49 женные на одной оптической оси монохроматический источник света,автоколлимационную телескопическую систему, .Формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель- информационного светового пучка.формирователь и отражатель в известном интерферометре выполиены в виде оп, тического клина, у которого на переднюю по ходу светового д поверхность нанесено светоделительное покрытие, а на заднюю поверхность отражающее покрытие $2) .

Известный .интерферометр имеет ниэ . кую точность и производительность измерения. Это обусловлено там, что каждая пара оптических клиньев обеспечивает полное заполнение зрачка автоколлимационной телескопической системы при измерении поверхности только одной конкретной длины. В случае, если она меньше, уменьшается рабочий световой поток, а главное не будет обеспечиваться полное заполнение зрачка. Вследствие этого размеры интерференционной картины Я и ее освещенность будут различными, что приводит к снижению точности измерения. На точность измерения также влияет погрешность при совмещении на отражателе оптических осей инФормационного и референтного световых пучков.

Кроме того, сложность обработки интерферограмм не позволяет получить высокую производительность измерения.

Цель изобретения — повышение точности и производительности измерения.

Поставленная цель достигается тем что интерферометр для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси монохроматический источник света, автоколлимационную телескопическую систему, формирователь информационного и референтного световых пучков и отражатель инФормационного светового пучка, снабжен оптическим блоком отклонения светового пучка, расположенным между автоколлимационной телескопической системой и Формирователем, который выполнен в виде стеклянной пластины с образцовой поверхностью, обращенной к отражателю, выполненному в виде плоского зеркала, формирователь и отражатель установлены с воэможностью наклона к оптической оси.

Кроме того, оптический блок отклонения светового пучка выполнен в виде плоского зеркала, жестко связанного c Формирователем и установленного под углом 45 к оптической оси.

Кроме того, оптический блок отклонения светового пучка вйполнен в виде двух вращающихся друг относительно друга оптических клиньев.

На Фиг. 1 изображена принципиальная схема интерферометра для измерения неплоскостности и непрямолинейности поверхностей; на фиг. 2 — принципиальная схема интерферометра B случае выполнения оптического блока

1 отклонения светового пучка в виде плоского зеркала, жестко связанного с Формирователем, вид сверху.

Интерферометр (Фиг. 1) содержит монохроматический источник света, напрмер лазер 1 автоколлимационную телескопическую систему, состояющую из микрообъектива 2, светоделителя, выполненного, например, в виде светоделительной пластины 3, и коллиматорного объектива 4, оптический блох отклонения светового пучка, выполненный в виде двух вращающихся друг относительно друга- бптических клиньев 5 и б, Формирователь информационнога и рефе ентного световых пучков, выполненный в виде стеклянной пластины 7 с образцовой поверх1046606 н остью А, отражатель информационного светового пучка, выполненный в виде плоского зеркала 8, углоиэмерительный датчик 9 формирователя и углоиэмерительный датчик 10 отражателя.

Между формирователем и отражателем расположена контролируемая поверхность 11.

Интерферометр .(фиг. 2) вместо оп-. тических клиньев 5 и 6 содержит плоское зеркало 12, которое посред- ®О ством общего основания 13 жестко связано со стеклянной пластиной 7.

Интерферометр (фиг. 1) работает следующим образом.

Лазер 1 направляет световой луч 15 в автоколлимационную телескопическую систему, формирующую расширенный и коллимированный световой пучок. Пройдя микрообъектив 2, светоделительную пластину 3 и коллиматорный объ- ;р ектив 4 автоколлимационной телескопической системы, световой пучок

° направляется на оптические клинья

5 и 6, которые отклоняют его в сторону контролируемой поверхности ll на угала . За оптическими клиньями

5 и б перед контролируемой поверхностью 11 расположена стеклянная > пластина 7, образцовая поверхность которой перпендикулярна падающему на нее световому пучку. Пластина 7 формирует два световых пучка, один из которых отражается от образцовой поверхности A и образует референтный световой пучок, а второй проходит через пластину 7 и образует информационный световой пучок. Информационный световой пучок падает на контролируемую поверхность 11, отражается от нее и направляется на плоское зеркало 8. Отражающая поверх 40 ность зеркала 8 расположена перпенди. кулярно падающему на нее информационному световому пучку, благодаря чему он, отразившись, возвращается в строго обратном направлении снова 45 на контролируемую поверхность 11, а затем на стеклянную пластину 7. На образцовой поверхности A стеклянной пластины 7 информационный световой пучок интерферирует с референтньв4 световым пучком и направляется сов-. местно с ним последовательно на оптические клинья 6 и 5, коллиматорный объектив 4 и светоделительную пластину 3, отразившись от которой собирается в фокальной плоскости F коллиматорного объектива 4.

При измерении неплоскостности и непрямолинейности поверхностей про=, исходйт следующее.

Плоский волновой фронт информационного светового пучка, вследствие .его взаимодействия с контролируемой поверхностью 11 претерпевает дважд искажения, пропорциональные макрои микронеровностям контролируемой поверхности 11. Искажения волнового фронта информационного светового пучка визуализируются в виде искривления информационных полос интерференционной картины, при этом искривление полос интерференционной картины на ширину одной интерференционной полосы соответствует непрямолинейности контролируемой поверхности

Фэiпк

O где h - длина волны источника Светй, а aL - угол между информационнык световым пучком и контролируемой поверхностью.

Перед началом измерения с целью обеспечения полноГо заполнения зрачка автоколлнмационной телескопической системы выполняют следующие операции. устанавливают все механизмы регулировки положения оптических клиньев 5 и б, пластины 7 и зеркала 8 в нулевое положение. Определяют по

D формуле М,= агс(.д — оптималЬное значеL ние угла а, где D — диаметр светового пучка, à L — длина контролируемой поверхности. Наклоняют пластину 7 и зеркало 8 в сторону контролируемой поверхности на уголь, контролируя его при помощи углоиэмерительных датчиков 9 и 8. Разворачивая друг относительно друга оптические клинья

5 и 6, добиваются падения по нормали светового пучка на образцовую поверхность A пластины 7. Смещая в вертйкальном направлении все оптические элементы, расположенные перед контролируемой поверхностью ll, выставляют требуемое превышение Н оптйческой оси интерферометра над контролируемой поверхностью 11, которое предварительно вычисляют по формуле H=

<(B+ -) tgoL где В-расстояние от края контролируемой поверхности 11 до образцовой поверхности A пластины 7. Тонкой регулировкой плоского зеркала 8 производят окончательную настройку.

Принцип действия интерферометра (фиг. 2) аналогичен вышеописанному.

Отличием является только отсутствие сложной операции направления по нор мали светового пучка на образцовую поверхность A пластины 7, так как эта операция при повороте основания

13 на угол К выполняется автомати" чески.

Таким образом, предлагаемый интерферометр обладает высокой точностью и производительностью измерения, 1046606

Составитель Л. Лобзова

Техред N. Tenep Корректор А. Зимокосов

Редактор T. Кугрышева

Ю

Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

:Заказ 7712/40

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4