Способ контроля асферических поверхностей

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности контроля асферических оптических поверхностей за счет выделения первой гармоники огибающей монохроматической световой волны, отраженной от поверхности , которая синусоидально промодулирована в фокальной плоскости контролируемой поверхности. Фаза огибающей волны определяется углом нормали к оптической поверхности. В устройстве , реализующем способ, плоская волна формируется при помощи источника 1 излучения, расширителя 2 монохроматического излучения и диафрагмы 3. Посредством зеркала 4 и призмы 5 световой пучок попадает на зону k, i контролируемой поверхности 7. Отраженная световая волна синусоидально модулируется в фокальной плоскости при помощи модулятора 8 анализатора изображения, ось вращения которого смещена относительно фокуса поверхности 7. Фаза огибающей оптического сигнала, несущая информацию об угле отклонения от нормали заданной поверхности , выделяется путем обработки электрического сигнала. 1 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1379626 А1 (51) 4 G 01 В 21/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ виьяисти., К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4165514/24-28 (22) 22. 12. 86 (46) 07 . 03, 88, Бюл. М 9 (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана (72) А.Д.Седова, Ю.В.Сальников и Ю.К.Грузевич (53) 531.71 (088.8) (56) Appl Optics 1978, v.17, У 2, р.3284-3289. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ АСФЕРИЧЕСКИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности контроля асферических оптических поверхностей эа счет выделения первой гармоники огибающей монохроматической световой волны, отраженной от поверхности, которая синусоидально промодулирована в фокальной плоскости контролируемой поверхности. Фаза огибающей волны определяется углом нормали к оптической поверхности, В устройстве, реализующем способ, плоская волна формируется при помощи источника

1 излучения, расширителя 2 монохроматического излучения и диафрагмы 3.

Посредством зеркала 4 и призмы 5 световой пучок попадает на зону k контролируемой поверхности 7. Отраженная световая волна синусоидально модулируется в фокальной плоскости при помощи модулятора 8 анализатора иэображения, ось вращения которого смещена относительно фокуса поверхности 7. Фаза огибающей оптического сигнала, несущая информацию об угле отклонения от нормали заданной поверхности, выделяется путем обработки электрического сигнала. 1 ил.

1379626

Изобретение относится к контрольно-«амер«тельной технике и может быть

«г«альэлпана пр« контроле асферичес:,«л апт«ческ«х поверхностей при изгон.<ен«« линз и зеркал с асферическипаверхнастям« в оптическом прибарастраеч«и.

Цепь «забретен«я — повышение точ«< сти контроля асферических оптическ«х п<1нерхнастей за счет выделения

«ервай гармс ники огибающей монохрома-« .есксй световой волны, отраженной

<1 поверх«сети, которая с«нусоидаль;,а прамадул«рована в факальной плос".с:ст« наиграл«руемай поверхности.

Па <ертеже приведе«а блок-схема, с,".«й< т. а, рааса«эующега способ. ." .трайства садерж«т источник 1

",«<акр< ..<а с«ясского излучсн«я (лазер), <-ш«р«тель 2 манахраматического из. <е««я <1;с р1<«ру«.щую д«афрагму 3, ГI:лла -<, пр«эму 5, закрепленную на .:<н«ж«<1м блоке 6 сканирования конт;ад«руа!<..й «агерхнасти 7, модулятор ,:;!;!! < -<;p;< изображен«я (МАИ), -,<р< см-«««,

°,.«,:л., ;«;!!;>!тель 10, источник 11

<.« г«чес.;< « з. учения опорного ка—

: « <, «р < .-«-«к 12 излучения опорного ;:«<; «с<, фаэаврс<с«атель 13, фазовый де"в.,тар 1 <,,;,-атч«к 15 линейных перес цен<ш, м«крапрацессар (МП) 16 и

«<..тему 17 индикации.

Устройства работает следующим обрс< эам.

Излу-.ение лазера 1, сформирован<ае расширителем 2 и диафрагмой 3, <цправляется посредством зеркала 4 и ..с« мь< 5 параллельна оптической оси

««т<ческай поверхности 7, После атр эжен«я ат контролируемой зоны nov<:..p- насти 7 в меридианальном сечении

« лучение попадает на МАИ 8, установ. енный в факальной плоскости контрол«руемай поверх«асти 7 ° Если в контролируемой зоне отсутствуют погреш<; асти формы, та изображение диафраг."м 3 совпадает с фокусом поверхности

7. Если имеются погрешности формы, задаваемые отклонением нормали ll< „;, та иэображейие диафрагмы 3 смещено

«,! относительно фокуса на величину d x F

Пр« этом центр вращения MAH смещен относительно оптической оси вдоль оси

Ох на,величину b. Измерение величины

«<1< . для каждой эоны (k,i) в устрой«, стве осуществляется следующим образам. Отраженное ат эоны поверхности

7 оптическое излучение после MAH 8 попадает на ПИ 9, электрический сигнал с которого усиливается и подается на первый вход фазового детектора 14. Одновременно формируется опорный сигнал оптронной парой, состоящей иэ источника 11 излучения и приемника 12 излучения. Электрический опорный сигнал через усилитель 10 и фазовращатель 13 подается на второй вход фазового детектора 14. Сиггал с последнего и сигнал с датчика

15 линейных перемещений, задающего

1с контролируемую зону поверхности, поступают на МП 16 одновременно. После обработки информации на МП 16 по приведенному алгоритму результаты контроля выдаются на систему 17 индикации

20 или на программно-командный блок станка, если при доводке асферической поверхности используется АСУ ТП.

Зависимость выходного сигнала с

ПИ 9 основного канала при наличии погрешности формы у контролируемой асферической поверхности 7. Для упрощения анализа считают, что контролируемая поверхность 7 является дифракЗО ционно ограниченной оптической системой квадратной формы со стороной

D, а источник монохроматического излучения состоит из лазера 1, расширителя 2 и диафрагмы 3 квадратной формы со стороной 2а. Анализ изоб35 ражения диафрагмы 3 производится в плоскости Гаусса (О,х у,), где располагается МАИ 8, представляющий собой вращающийся с постоянной угловой скоростью Я секторный растриэ набора

40 прозрачных и непрозрачных секторов, пространственный период которого Т, а его коэффициент пропускания описывается функцией А „ (х,у ). При

45 этом центр растра смещен в поперечном направлении вдоль оси Ох, на величину b. Для преобразования энергии отраженного от контролируемой поверхности 7 оптического излучения в

50 электрическую после МАИ 8 помещен

ПИ 9 центр чувствительной площадки

< которого совпадает с фокусом F контролируемой поверхности. Чувствительность квадратной площадки ПИ 9 со

55 стороной 2с описывается функцией

Н„„(х,ч, а свойства ПИ 9 определяются величиной чувствительности

S „„„, и характеристикой Б(1) „.„, а инерционные свойства ПИ 9 характе1 379()? б

10 где k

1« « «

1,2,...,N. предположить 111!Ieй)!,эсть устспектр сигнал» для каждой

i) на выходе ПИ 9 определяетением

Если ройства, зоны (k ся выраж

k;-;(а, а

P (ЛГ,„ЛГ i> )- 1 и(--I Iz — — —,; ---,; (v,(g --,; k — 1,2,...«N с Л ю «

О при остальных 1> ) Qy

"х " 2()

)((4 х " „+ ()У "с .„); где A= 8а U,S>(ygc S(h)„„C;

С . -21!a

В= — sirlC2 (- — ) Ф

2 Т„

Т» . 211 а . 471)С

E= — sinC2(---)sinC(---);

26 Тх Тх ч„= 1Я.

1у(2аус«у(1(г (ka — —,у,)+2 aq

tg)2arctp (1/z (ka — —, у ))l

2 1 (4) ризуются его частотной характеристикой EE л()) )

Делят входной зрачок контролируD емой поверхности на N aa -- равных 5

2а частей вдоль осей ОEI, О y и находят выражение для сигнала с ПИ 9 U „.„.(t) при исследовании поверхности 7 плоским когерентным волновым фронтом.

Считают, что на исследуемую зону (k,1) квадратной формы падает плоСкая когерентная волна с амплитудой U

k,i x-ka у;

U (х,у) = П rect(----, -- ) (E)

?а Za

1,2,...,N — номер контролиру- 35 емого меридианального сечения, Погрешность формы асфери (еских поверхностей задается углом отклонения нормали к реальному профилю от нормали к геометрически заданному

При этом (Iy " = О. Тогда для асферических поверхностей, меридианальные сечения которых описываются уравнениями Z(x,у), можно получить выражение, устанавливающее однозначную часть между (fx, и 1((х" (fx = (ka — -)"

k,« а

F 2

Подставляя в (2) выражения для передаточных функций отдельных каскадов преобразования зондирующего 51 оптического сигнала и выражение зональной когерентной передаточной функции контролируемой поверхности где (E Ä.„()„, )„,t) =F(A. (õ(t) «yJ3 передаточная функция ИАИ 8;

П()„()(,«4y) — передаточная функция

Пи 9;

У ((,, !y) — спектр изображения

4 ."„иафрагмы 3;

Г ((„« )„) — зональная когерентная передаточная функция контролируемой поверхности 7 при наличии волно1,i ( вой абберации 1 (-4)„), — (f. )1„), обусловленной погрешностью формы (г — фокусное расстояние контролируемой поверхности 7; 1 — длина волны зондирующего оптического излучения).

k, Ho)pa)f;teiI1Ie для h „ ()„ tl,,) ITpf! IIII)lfl

t! II1t ITO. Pe!I!I!OCT!I (I)OPT!If IIOIIeP>:fIOCTII

I1p1If)O;TfII(IeA f(CIfeUIefI1IfO fI3Ot)pa)I(eHIIfI J1II афраГg!1! 3 В TITIOCI(C CWII T a,rCСа OX с- с вдоль ocff х на вел)изину (1х, и оси у, на величину,)у", имеет вид

h (4у, )„) = Р„(-Л Г v, -E(f ) ) ехр. . 2(t (3) — (-л f ) — f v )(,(« 1 при наличии у нее погрешности формы, задаваемой величиной угла отклонения от нормали для каждой зоны Л(«« ",и, вычисляя обратное преобразование

Фурье от полученного спектра, получают выражение для сигнала на выходе

ПИ 9 в виде

«

1с,(t 2!t а

U„, (t) =A В+Есоз) -- v„ t+(ka — -)

tg(2arctg (1/a (ka —,y, )+2 ð E) у 1 1

tg(2arctg(1(a (ka — —, у )1(Анализ (5) показывает, что информация о погрешности формы каждой содержится в фазе первой гармоники сигнала, снимаемого с ПИ 9.

Таким образом, для каждой зоны контролируемой поверхности фаза пер1379626 вой гармоники сигнала с ПИ 9 Ф „. определяет величину отклонения от нормали ()U, проведенной в центр контролируемой зоны. (ka — Ч, у,) + 2 щ„)}

1 (ka — —; у. ))}

2arctp (1/z

Ф,.= (ka

tpf2arctp(1/z где k = 1,2,...,)))—

D — - апертура контролируемой поверхности а — апертура основной плоской волны опномер контролируемой зоны в меридианальном сечении поверхности номер контролируемого меридианального сече25

i = 1,2,...,N тического иэлучения; уравнения кривых меридианальных сечений контролируемой поверхг(х,у) ния поверхности 30

N =

2а ности.

Составитель В.Чулков

Техред Д,Олийнык

Корректор М.Шароши

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 970/42 Тираж 680

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формулаиэобретеи и я

Способ контроля асферических поверхностей, заключающийся в формиронанни плоской монохроматической волны оптического излучения, дискретном сканировании эоны меридиальных сечений асферической поверхности, преобразовании отраженного потока оптического излучения в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, одновременно формируют опорный поток оптического излучения, синусоидально модулируют в фокальной плоскости асферической поверхности отраженный и опорный потоки оптического излучения, преобразуют модулированные потоки оптического излучения в основной и опорный электрические сигналы соответственно, определяют разность фаз первой гармоники основного электрического сигнала и опорного электрического сигнала Ф ;, вычисляют для каждой зоны (k,i) погрешность формы в виде угла отклонения от нормали к асферической поверхности ()()) . при помощи соотношения

)(,i