Устройство для измерения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей

 

Изобретение может быть использовано в оптическом приборостроении и позволяет повысить точность измерений при углах падения излучения на контролируемую сферу (КС), не превышающих 0,5-2,5°, а также увеличить производительность измерений. Устройство содержит осветитель, коллимирующий объектив с диафрагмой в его фокусе, апертурную диафрагму, фокусирующий объектив и фотоприемник, причем между фокусирующим объективом и фотоприемником установлены плоское зеркало (ПЗ) и дополнительный объектив (ДО). Фотоприемник расположен в плоскости изображения ДО. Точка пересечения плоскости предметов ДО с его оптической осью лежит на поверхности ПЗ. Оптические оси фокусирующего объектива, ДО и КС лежат в плоскости, перпендикулярной ПЗ. ПЗ, ДО и фотоприемник установлены на основании, выполненном поворотным на угол 180° - 2α с фиксацией в крайних положениях, где 2α - угол между оптическими осями фокусирующего объектива и ДО с вершиной на поверхности КС. Точка пересечения оптической оси ДО с ПЗ и задний фокус фокусирующего объектива расположены на прямой, проходящей через центр КС перпендикулярно биссектрисе угла 2 α на расстоянии A=2RTGΑ друг от друга, а ось поворота основания расположена на этой биссектрисе на расстоянии B=A:2COSΑ от точки пересечения оптической оси ДО с ПЗ (R - радиус кривизны КС). ПЗ в одном из положений основания обращено отражающей поверхностью в КС. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1601564 А 1 (51)5 G Ol N 21 55

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4456835/25-25 . (22) 07.07.88 (46) 23.10.90. Бюл. № 39 (72) Э. И. Ковальский (53) 535.242 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1193542, кл. G Ol N 21/55, 1980.

Кривовяз Л. М. и др. Практика оптической измерительной лаборатории.— М.: Маши ностроение, 1974, с. 185. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ВОГНУТЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (5?) Изобретение может быть использовано в оптическом приборостроении и позволяет повысить точность измерений при углах падения излучения на контролируемую сферу (КС), не превышающих 0,5 — 25, а также увеличить производительность измерений. Устройство содержит осветитель, коллимирующий объектив с диафрагмой в его фокусе, апертурную диафрагму, фокусирующий объектив и фотоприемник, причем между фокусирующим объективом и фотоприемником установлены плоское зеркало

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для определения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей оптических деталей абсолютным методом, в том числе и при углах падения на контролируемую поверхность, близких к нормальному.

Целью изобретения является повышение точности измерений коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей оптических деталей при углах падения а на измеряемую поверхность, не превышающих 0,5 — 2,5, и повышение производительности измерений.

2 (ПЗ) и дополнительный объектив (ДО). Фотоприемник расположен в плоскости изображения ДО. Точка пересечения плоскости предметов ДО с его оптической осью лежит на поверхности ПЗ. Оптические оси фокусирующего объектива, ДО и КС лежат в плоскости, перпендикулярной ПЗ. ПЗ, ДО и фотоприемник установлены на основании, выполненном поворотным на угол 180 — 2а с фиксацией в крайних положениях, где

2а — угол между оптическими осями фокусирующего объектива и ДО с вершиной на поверхности КС. Точка пересечения оптической оси ДО с ПЗ и задний фокус фокусирующего объектива расположены на прямой, проходящей через центр КС перпендикулярно биссектрисе угла 2а на расстоянии a=2Rtgn. друг от друга, а ось поворота основания расположена на этой биссектрисе на расстоянии b=a:2 cosa от точки пересечения оптической оси ДО с ПЗ (R — радиус кривизны КС) . ПЗ в одном из положений основания обращено отражающей поверхностью к КС. I ил.

Указанная совокупность признаков, обеспечивающая получение положительного эффекта, в известной научно-технической и патентной литературе не встречалась, что позволяет считать предлагаемое устройство удовлетворяющим критерию существенные отличия.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство содержит последовательно установленные источник 1 излучения, конденсор 2, диафрагму 3, предназначенную для выделения требуемого участка излучающей поверхности источника 1 излучения, изображение которого совпадает с этой диаф1601564

B= — ) 2созя рагмой. Коллимирующий объектив 4 установлен фокусом в центре диафрагмы 3.

Апертурная диафрагма 5, размер которой определяется диаметром и радиусом кривизны контролируемой сферичесКой поверхности, установлена непосредственно за коллимирующим объективом 4.

Установленный за апертурной диафрагмой 5 фокусирующий объектив 6 строит изображение диафрагмы 3 в точке В в своей фокальной плоскости. Плоское зеркало 7 установлено на основании 8, выполненном с возможностью поворота вокруг оси 9. На основании 8 расположены также дополнительный объектив 10 и фотоприемники 11. ,Оптическая ось дополнительного объектива .:10 пересекает середину плоского зеркала 7 и центр фоточувствительной площадки фотоприемника 11, при этом точка А пере,сечения оси объектива 10 с зеркалом 7 и центр фотоприемника 11 оптически сопряже;ны, т. е. расположены в плоскостях предметов и изображений объектива 10.

Точка А расположена на расстоянии а

:; от фокуса объектива 6 на прямой, прохо-дящей через центр кривизны контролируемой сферы 12. Оптическая ось объектива 10, продолженная после отражения от зеркала 7, пересекается с оптической осью фокусирующего объектива 6 на поверхности контролируемой сферы 12. Контролируемая сфера 12 установлена в оправке

13 так, что нормаль к зеркальной поверхности контролируемой сферы 12 в точке пересечения оптических осей объективов 6 и 10 совпадает с биссектрисой угла 2п между этими осями, т. е. оптические оси объективов 6 и 10 и контролируемой сферы 12 лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения основания

8 и плоскости зеркала 7. Центр кривизны контролируемой сферы 12 лежит на прямой, проходящей через фокус объектива 6 и точку пересечения оптической оси объектива 10 с зеркалом 7.

Основание 8 выполнено с возможностью поворота на угол у= 180 — 2а и фиксации в указанном и повернутом на угол положениях. Ось 9 поворота лежит на биссектрисе угла 2а на расстоянии в от фокуса дополнительного объектива 10, определяемом по формуле где а = 2Rtga,;

1 - радиус кривизны контролируемой сферической поверхности.

Устройство работает следующим образом.

Конденсор 2 строит изображение источника 1 излучения в плоскости диафрагмы 3. Параллельный пучок лучей на выходе коллимирующего объектива 4, ограниченный апертурной диафрагмой 5 до тре25

55 буемого размера, фокусируется объективом 6 и далее контролируемой сферической поверхностью с увеличением P — 1" проектируется в плоскость предметов дополнительного объектива 10, пересекающую плоское зеркало 7. Дополнительный объектив 10 строит изображение дифрагмы 3 в плоскости фотоприемника 11 (фотоприемник может быть заделан в фотометрический шар, при этом изображение диафрагмы строится вблизи входного отверстия фотометрического шара).

Измеряют сигнал Ux, пропорциональный коэффициенту отражения сферы 12. Поворачивают основание 8 на угол q> и измеряют сигнал U o", пропорциональный потоку излучения, падающему на контролируемую сферу 12. Выходная апертура фокусирующего объектива 6 при этом составляет 90 — 95О от полной апертуры контролируемой сферы 12.

Определяют коэффициент отражения р по формуле

АЛ.

Ug

Рдх= у

Спектральный диапазон измерений ЛХ определяется типом используемого источника излучения или типом спектрального светофильтра. В случае использования монохроматора необходимый спектральный диапазон устанавливается по его шкалам.

Повторяют измерения поворотом основания 8 на углы + р не менее трех раз и определяют р среднее.

Точность измерений на устройстве повышена не только за счет обеспечения указанных оптимальных условий измерения, но и за счет возможности выполнения большого числа измерений.

Коэффициент отражения р,„определяют за один цикл измерений во всей рабочей апертуре (70000 мм ), что значительно увеличи вает производительность труда.

Погрешность измерений коэффициента отражения за счет обеспечения наилучших условий освещения контролируемой сферы для различных типов отражающих покрытий может быть значительно уменьшена и за счет проведения большого числа измерений доведена до 0.5Я и менее.

Таким образом, погрешность измерения может быть уменьшена в 2 — 4 раза, а производительность труда — увеличена в зависимости от диаметра контролируемой сферы в десятки и сотни раз. При этом практически полностью отсутствуют систематические погрешности, обусловленные характером освещения контролируемой сферы, а также погрешности дополнительных (например, эталонных) элементов. Возможность

-проведения многократных измерений позволяет исключить погрешности, вызванные нестабильностью яркости источника излу1015Ы

Формула изобретения

Составитель Н. Стукова

Редактор И. Шулла Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 3268 Тираж 510 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретен«нм и открыт«им «ри ГК11Т С(.СР

113035, Москва, Ж- — 35, Рз ««скан наб., з. 4,5

Производственно-издательский комбинат «Пате«т», г. Ужгороl, xë. Гагар«на. 101 чения и нестабильностью чувствительности фотоприемника и регистрирующего прибора, и создает предпосылки для автоматизации процесса измерения за счет исключения ручных операций переустановок контролируемой сферы и фотоприемника.

Устройство для измерения коэффициента отражения вогнутых сферических поверхностей, содержащее источник излучения и расположенные последовательно по ходу излучения оптическую систему для формирования параллельного пучка излучения, фокусирующий объектив, держатель для измеряемой сферической поверхности и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений при углах падения и на измеряемую поверхность, не превышающих 0,5 — 2,5, и повышения производительности измерений, оно дополнительно содержит плоское зеркало и второй фокусирующий объектив, расположенные по ходу излучения между держателем и фотоприемником, при этом в одной из сопряженных плоскостей второго объектива расположен фотоприемник, а точка пересечения другой сопряженной плоскости второго объектива с его оптической осью лежит на поверхности плоского зеркала, плоское зеркало, второй объектив и фотоприемник установлены на основании, выполненном с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси второго объектива, на угол q>=180 — 2а и фиксации в крайних положениях, при этом точка пересечения оптической оси второго объектива с плоским зеркалом и задний фокус фокусирующего объектива располо15 жены на прямой, перпендикулярной биссектрисе угла 2а на расстоянии a=ZRtgu, где R — радиус кривизны измеряемой поверхности, ось поворота основания расположена на этой биссектрисе на расстоянии b=a/2cosn от точки пересечения оптической @си второго объектива с плоским зеркалом, а плоское зеркало в одном из положений основания обращено к держателю своей рабочей поверхностью.