Устройство для контроля линейных размеров объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТА, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения,, фокусирующий объектив, систему переноса изображения , систему формирования сигналов и следящую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено мультиплицирующим элементом, расположенным между источником когерентного излучения и фокусирующим объективом и выполненным в виде фазовой дифракционной решетки с фазовым рельефом не менее 2,405 радиан.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСажлин

„„SU„„1113668 A

3 сю G 01 В 11 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3565322/25-28 (22) 17.03.83 (45) 15.09.84. Бюл. № 34 (72) В. Н. Куликов, А. Н. Малов и Л. И. Жмурова (71) Куйбышевский филиал Физического института им. П. Н. Лебедева (53) 531.715.27 (088.8) (56) I. Патент ФРГ № 2355185, кл. G 01 В 11 06, 1978.

2. Патент США № 3506893, кл. С 01 В 11/08, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТА, содержащее последовательно расположенные источник когерентного излучения, фокусирующий объектив, систему переноса изображения, систему формирования сигналов и следящую систему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, о»о снабжено мультиплицирующим элементом, расположенным между источником когерентного излучения и фокусирующим объективом и выполненным в виде фазовой дифракционной решетки с фазовым рельефом не менее 2,405 радиан.

1l

И)обретение относится к измерительной г(шике и может бь(ть использовано, в частное).и, лля измерения линейных размеров обьгктя, лля контроля размеров и форм радиоком!Нонгнтов из ленточных, пластинчатых и пле)ючных материалов, используемых при их изготовлении.

Известно устройство для -.онтроля линейных размеров объекта, содержащее источник излучения и регистрирукиций элемент, причем источник излучения, отражающая точка на контр<>лируемой поверхности объекта и регистрирукцций элемент располагаются в вершинах плоских фигур (треуг(>льников) (1).

Недостаток устройства — низкая точность контроля.

Наиболее близким к изобретенин) по техн ич ес кой сущности явл яется устройство дл я контроля линейных размеров объекта, солержащее иослеловател)но расположенные источник когерентного излучения, фокусирующий объектив, систему переноса изображения, систему формирования сигналов и следя!цую систему (2(.

В известном устройстве с помощью слеДЯЩЕй СИСЬКЕMhl ПОЛЛЕРжннаЕтСЯ НОСтОЯННЫМ расстояние от контролируемой поверхности ло базовой плоскости устройства. Величину и направление отклонения размера от заданного базовой плоскостью значения контролируют по степени расфокусировки светового луча ня контролируемой поверхности. Поэтому точность контроля изве<т>тым устройством определяется глубиной .резкости фокусирующгго объектива. Значение глубины резкости обратно пропорционально лияметру лействук>щгй апертуры оптической системы, который ограничивает полосу переданаеMhIx ек> пространственных частот. Путь снижения величины глубины резко изображаемого простр<чнств!! фокусирун>щего объектива -- увеличение его апертуры.

Олнако этот путь нг(!риемлел!. Он ведет к использованию 3()1)ol ltx уникальных объективов, созланиг которых представляет собой сложнуK) технологнчсскуK) за \(tчv.

1 яким образом, известное устройство не обеспечивает вы< окун) то шость контроля.!

3668

15

Цель изобретения — новы!пение точносги контроля.

Г!остявленн))я пель лостигягтся тем, что устройство лля кон) роля линейных размеров объекта, солерж IIILP(. Il<)(лгловательно расположенныс исг

СИГНЯЛОН И (. t(ЛЯ!Ilrr Н) (. ИСТГМЪ . СНЯбж(IIО мул)типли!!Нрхн)п(им элементом, рясполг)>K(ítIûì между исT<)чником излучения и фокучс и ру!оl! lit м оГ)чэ(к т I!н() м и в 1<111()л и(I! II I<1 м в нич(<();I.«)II()ll r)II(()f)

i0

11я фиг. 1 >!зображен<з блок-схема устройства лля контроля линейных размеров объекта; ня фиг. 2 — аппаратная функция оптической системы устройства с мультинлицирук)шим элементом для различных степеней модуляции его фазового рельефа.

Устройство лля контроля линейных размеров об ьекта содержит последовательно расположенные источник 1 когеренФного излучения, мультиплицирующий элемент 2, выполненный. например, в виде фазовой дифрякционной решетки с фазовым рельефом не менее 2,405 радиан, фокусирую!ций объектив 3, си(.тему 4 переноса изображения, систему 5 формирования сигналов и следящую систему 6.

Устройсч во работает слелующим образом.

Формируемый источником 1 когерентного излучения расходящийся световой луч дифрагирует ня фязовой дифракционной решет ке и обьективом 3 фокусируется на поверхность контролируемого объекта 7. После отражения света изображение точечного источ ника 1 когсрентного излучения системой 4 переносится в плоскость регистрации. Всли световой луч точно сфокусирован на поверхности объекта 7, то сигнал на выходе системы 5 формирования сигналов отсутствует и вся система находится в равновесии. При смещении поверхности контролируемого объекта 7 в ту или иную сторону, вызванном изменениел< размера (1, на выходе системы 5 формирования сигналов появится информационный сигнал с фазовой, завися)цей от направления расфокусировки. Этот сигнал управляет работой слелятцей системы 6, которая перемещает фокусирующий объектив 3 до устранения расфокусировки. В процессе работы следящей системы 6 определяется положение фокусируюшего объектива 3. повторяк>щее профиль контролируемого оГ)ъекта 7.

Чел) меньше апертура объектива, тем меньшая часть сферической волны прохолит в пространство изображений и тем меньше имеется информации о кривизне сферической поверхности и соответственно о месте локализации точгч)н>го источника вдоль оси оптической системы. Это выражается в степени лифрякционной «размытости» изображения в плоскости объекта 7 при точной фокусировке. Введение фазовой дифрякционной решегки в нрелметное пространство позволяет передать через фокусирующи и оГ> ьектив 3 несколько различных участков поверхности сферической волны. Это дягт лоп<)лнительную информацию о радиусе кривизны нолноного фронта и, следовательно, о местоположении точечного источника 1 когерентного излучения, что эквивалентно унеличеник> отН<>гнтЕ II HOIO ОтВЕРСтИЯ ОнтИЧГСКОй СИСТЕМЫ устройства.

I )3Ю8 ti

Л1с

Фиг. 2

Сост а ни тель Л. Лобзо ва

Редактор М. Недолуженко Техред И. Верес Корректор М. Демчнк

Заказ 620! /34 Тираж 586 !одписиое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыти й! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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

На фиг. 2 1 (х;) --- распределение интенсивности в центральном спектральном максимуме; х — координата в спектральной плоскости; 3.-- длина волны света; Eg — расстояние от фокусирукпцего объектива 3 до спектральной плоскости; D †- апертура объектива 3.

Кривая 8 — распределение интенсивности обычной оптической системы (h3 = О), кривые 9 в II — распределение интенсивности оптической системы устройства с мультиплицирующим элементом, фазовый рельеф которого соответственно меньше, равен и больше значения 2,405 радиан.

Теоретический анализ оптической системы устройства. показывает, что ее аппарат- !5 ная функция 3, (x„) описывается квадратом произведения пространственного Фурье-об раза функции sine (D; х„) зрачка на функцию 3,(ЬЭ х4) автокорреляции пропускания фазовой дифракционной решетки:

).(X;)-Ä (ДЯ;Х;) Sim (О;Хс). (т) где зг — система координат в спектральной плоскости;

b Ц!-фазовый рельеф дифракционной решетки: разность между максимальным и минимальным -значением фазового сдвига, приобретаемого светом при дифракции на решетке;

0 — апертура фокусирующего объектива.

График этой зависимости показан на 30 фиг. 2 для разных значений Ь J. Число 2,405 является первым корнем управления j.(афти)=

= О. Из графика следует, что распределение

sine (D; х!), характерное для обычной оптической части устройства, заменяется íà f>олее узкое распределение, описываемое уравнением (I), т. е. глубина резкости, а следовательно, и точность контроля размеров, определяется параметром h lP мул ьтипл ицирующего элемента, а не апертурой фокусирующего объектива 3, в чем и заключается основное преимущество предлагаемого устройства.

Таким образом, введение в оптическую с истему устройства мультипли ци рующего элемента, например, дифракционйой решетки, позволяет увеличить полосу пространственных частот, передаваемых фокусирующим объективом при сохранении его апертуры. Анализ показывает, что. аппаратная . функция оптической системы в этом случае определяется в основном главным максимумом .функции автокорреляции дифракционной решетки. При наличии достаточной степени модуляции рельефа решетки можно получить малую ширину центрального спектрального максимума, что равносильно увеличению действующей апертуры фокусирующего объектива и, следовательно, снижению значения глубины резкости (повышению точности контроля).

Простота голографической технологии изготовления мультиплицирующих элементов обеспечивает значительный экономическ!гй эффект от применения описываемого устройства. Кроме того, устройство контроля линейных размеров объекта позволяет контролировать размеры и профили поверхностей в процессе их обработки.