Способ измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при измерении больших по величине (свыше 1000 мм) радиусов кривизны высокоточных оптических деталей, в том числе и пробных стекол. Изобретение позволяет повысить точность измерений Перед измеряемой деталью 1 устанавливают телескопический мениск 2 с определенной толщиной по оптической оси. Отраженное от измеряемой поверхности детали 1 излучение фокусируют в ее вершину за счет переотражения излучения от вогнутой поверхности радиуса мениска 2 и его смещения вдоль оси 001 Положение мениска фиксируют. Затем перед мениском устана&- ливают объектив 3 и фокусируют коллимированное излучение сначала в вершину выпуклой поверхности мениска 2, а затем, убрав мениск 2, смещают объектив 3 вдоль оси OOi и фокусируют излучение в вершину детали 1, при этом снимают отсчеты ai и az о положениях объектива при фокусировке излучения. Искомый радиус кривизны определяют по формуле, представленной в описании . 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)з G 01 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО.ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ т. г Ц,уг, . „,, уw-Щ „ .; т) у,„уе .

:От,г.,,,у-г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4870242/28 (22) 03.08.90. (46) 15.07.92. Бюл, М 26 (71) Научно-исследовательский институт . приборостроения (72) А.В,Бакеркин, (53) 531.717.2(088.8) (56) Кривовяз Л,Мг, Туряев Д.Т., Знаменская

M.À. Практика оптической измерительной . лаборатории. M.; Машиностроение, 1974, с.

146 — 147.

Авторское свидетельство СССР

М 1293484, кл. G 01 В 11/24, 1988. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА КРИВИЗНЫ СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ОПТИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при измерении больших по величине (свыше 1000 мм) радиусов кривизны высокоточных оптических деталей, в том

Иэобретени относится к измерительной технике и может быть использовано; например, при измерении больших по величине (свыше 1000 мм) радиусов кривизны высокоточных оптических деталей, в том числе и пробных стекол.

Известен способ измерения радиуса кривизны сферической поверхности с помощью автоколлимационной трубы. Автоколлимационную зрительную трубу предварительно выверяют на бесконечность. Затем деталь с измеряемой поверхностью располагают перед объективом зрительной трубы и перемещением окуляра в ней добиваются получения резкого автоколлимационного изображения перекреÄÄ SUÄÄ 1747882 А1

2 числе и пробных стекол, Изобретение позволяет повысить точность измерений, Перед измеряемой деталью 1 устанавливают телескопический мениск 2 с определенной толщиной по оптической оси. Отраженное от измеряемой поверхности детали 1 излучение фокусируют в ее вершину за счет переотражения излучения от вогнутой поверхности радиуса мениска 2 и его смещения вдоль оси 00ъ Положение мениска фиксируют. Затем перед мениском устанавливают объектив 3 и фокусируют коллимированное излучение сначала в вершину выпуклой поверхности мениска 2. а затем, убрав мениск 2, смещают объектив 3 вдоль оси 001 и фокусируют излучение в вершину детали 1, при этом снимают отсчеты ai и ар о положениях объектива при фокусировке . излучения. Искомый радиус кривизны опре- . деляют по формуле, представленной в опи- ° сании. 3 ил. стья. Определив величину смещения акуля--:*ра и измерив расстояние от измеряемой по. верхности детали до передней главной CO плоскости объектива и его фокусное рассто- OO яние, вычисляют радиус кривизны поверх- Я ности.

Наиболее близким по технической сущности кдостигееиоиуэффекту являетсясяо° вввй соб измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической дета- . ли, согласно которому для измерения используют объектив с первоначально измеренными радиусом кривизны Ri его последней, причем вогнутой поверхности и расстоянием S от вершины последней поверхности объектива до плоскости фокуси-

1747882

40

50

3 ровки излучения. Этот объектив устанавливают перед измеряемой деталью так, что он обращен вогнутой сферической поверхностью к детали. С помощью объектива фокусируют излучение в вершину измеряемой 5 поверхности, смещают деталь по направлению к объективу, добиваясь вторичной фо. кусировки излучения в вершину поверхности детали дополнительного последовательного отражения излучения от 10 поверхности детали и последней поверхйости объектива. Затем определяют разность а отсчетов, снятых по шкале, в положениях детали при фокусировках излучения в вершину ее измеряемой поверхности, а иско- 15 мый радиус R определяют по формуле

4а

5-2а R — S+2a

У:а . R — Б +а:

Недостатком известного способа явля= 20 ется его недостаточно высокая точность, Так, например, если проводить измерение радиуса кривизны поверхности с велйчиной радиуса R = 5000 мм с использованием объектива со следующими параметрами R =800 25 ( мм и S = 800 мм, то такие измеренйя можно провести"при смещении детали на величину а. = 622 мм. При этом, если погрешность измерения величины Ri,.S и а принять равI ными д =. 0,01 мм (что определяется точностью отсчетной шкалы), то погрешность определения R детали составит 4,8 мм, или величину 0,1 (, от номинала измеряемого радиуса. Такая погрешность измерения s ряде случаев, например при измерении ра- 35 диусов кривизны пробных стекол по 1-му классу точности, является предельно допустимой.

Целью изобретения является повыше. ние точности измерения радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали.

Сущность .изобретения заключается в том, что совершенствуется способ измерения, согласно которому устанавливают перед деталью оптический элемент с вогнутой сферической поверхностью, обращенной к детали, фокусируют излучение с помощью этой поверхности элемента в вершину измеряемой поверхности, фиксируют положение элемента и определяют радиус кривизны.

Отличительными признаками изобретения является то, что в качестве оптического элемента используют телескопический мениск, перефокусируют излучение в вершину. выпуклой поверхности мениска с помощыю объектива, устанавливаемого перед мениском и смещаемого по ходу излучения, фиксируют величину а1 отсчета положения объектива, убирают мениск, вновь факусируют излучение в вершину измеряемой поверхности и фиксируют величину аг отсчета смещения объектива, а радиус кривизны onределяют по формуле

8(В -$), 2 Я вЂ” й1 где S I a>-аг - t;

t — толщина телескопического мениска по его оптической оСи;

Ri — радиус кривизны вогнутой поверхности телескопического мениска, Сущность способа поясняется фиг, 1-3.

На фиг. 1 показано положение оптической детали 1 и телескопического мениска

2, конструктивных элементов схемы R, t и S, необходимых для "расчета определяемого радиуса кривизны Й оптической детали, а также ход лучей при фокусировке коллими- рованного излучения в вершину детали 1.

На фиг, 2 показано положение детали 1. мениска 2 и объектива 3 и ход лучей при фокусировке излучения объективом 3 в вершину выпуклой поверхности мениска 2, На фиг. 2 показано положение детали 1 и объектива 3 и ход лучей при фокусировке излучения объективом 3 в вершину детали 1.

Перед оптической деталью 1, радиус кривизны поверхности которой необходимо измерять, располагают телескопический мениск 2 (фиг. 1), Телескопический мениск 2 установлен с воэможностью смещения вдоль оптической оси 001, Затем по оптической оси 001 направляют коллимированное излучение. Источником коллимированного излучения может быть автоколлиматор. предварительно выверенный на бесконечность, рабочая ветвь интерферометра, позволяющего работать .с коллимированным излучением, или любое другое устройство, позволяющее регистрировать автоколлимационный ход излучения, Коллимированное излучение, прошедшее через мениск 2,. отражается от измеряемой поверхности детали 1, а затем и от вогнутой поверхности мениска 2 и направляется на поверхность детали 1. Смещением мениска 2 вдоль оси

001 добиваются фокусировки излучения в вершину поверхности 1. В этом. случае в автоколлиматоре видно четкое изображеwe перекрестья, а в интерферометре — соответствующая картина.в виде прямых интерференционных полос, что свидетельствует об автоколлимационном ходе излучения, Достигнутое положение мениска фиксируется. Затем перед мениском 2 устанавливается на оптическую ось объектив 3, имеющий возможность отсчетного перемещения вдоль оптической оси 001 (фиг. 2).

1747882

Объектив 3 перемещают вдоль оси 00 до тех пор, пока коллимированное излучение, преобразованное объективом 3, не сфокусируется в вершину выпуклой поверхности мениска 2. В этом случае в автоколлиматоре. или интерферометре видны соответствующие картины. свидетельсгвующие об автоколлимационном ходе излучения. В положении фокусировки излученйя в вершину мениска 2 снимается отсчет àt. Затем мениск 2 убирают, чтобы обеспечить беспрепятственное перемещение объектива 3 вдоль оси 00> по направлению к детали 1.

Объектив 3 перемещают до тех пор, пока коллимированное излучение, преобразованное объективом 3, не сфокусируется в вершину измеряемой детали 1.(фиг. 3). Регистрация достигнутого положения анало- гична описанной выше. В положении фокеусировки излучения в вершину детали

1 снимается отсчет az. Затем искомый радиус кривизны сферической поверхности детали 1 рассчитывают по формуле:

$(Е -S)

2S -:R1 р где $ = fa>-а2 l - t.

Для повышения точности фокусировки и повышения контраста автоколлимационных картин целесообразно испольэовать светоделительное покрытие на вогнутой поверхности мениска с соотношениемp: z =

2: 1 и отражающее покрытие на поверхно-.. сти детали.

Среднеквадратичная погрешность ой измерения радиуса определится из соотношения

45 где l7Rt и as — среднеквадратичные погрешности измерения параметров R u S. дй 4 Я

BR4 (2S -Rt) д и д5 {2S — R g

Величина as в основном определяется погрешностью отсчетной шкалы измерения перемещений объектива. Если принять, что

os- о =0,01 Мм, что на практикедостаточно легко реализуемо, то измерить радиус R

- 5000 мм поверхности детали, используя

5 телескопический мениск с радиусом кривизны вогнутой поверхности 8 = 800 мм, можно с погрешностью crR = 0,9 мм(что составляет величину 0,0187 от номинала измеряемого радиуса), что в 5 раз точнее по сравнению с

10 прототипом. Такая погрешность позволяет уверенно измерять радиусы по 1-му классу точности, что подтверждает достижение поставленной цели. Кроме того, для проведения измерений необходима меньшая длина

15 отсчетной шкалы перемещений (338 мм по сравнению с 622 мм у прототипа), что позволяет сделать способ более технологичным.

Формула изобретения .Способ измерения радиуса кривизны

20 сферической поверхности оптической детали. заключающийся в том, что устанавливают перед деталью оптический элемент с вогнутой сферической поверхностью, обращенной к детали, фокусируют излучение с

25 помощью элемента в вершину измеряемой поверхности детали, фиксируют положение элемента и определяют радиус кривизны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве оптическо30 ro элемента используют телескопический мениск, перефокусируют йзлучение в вершину выпуклой поверхности мениска с помощью обьектива, устанавливаемого перед . мениском и смещаемого по ходу излучения, 35 фиксируют величину а> отсчета смещения объектива, убирают мениск, вновь перефокусируют излучение и фиксируют величину

az отсчета смещения объектива, а радиус кривизны определяют по формуле

ЯР,-Я>. . 2S — В1 где S=lа1 — azf t, t — толщина телескопического мениска по его оптической оси;

R< — радиус кривизны вогнутой поверхности телескопического мениска.

1747882

0z

Составитель А.бакеркин

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор H.Ðåàñêàÿ

Заказ 2492 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101