Способ определения профиля поверхности диффузно отражающих объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля поверхности диффузно отраженных объектов. Целью изобретения является повышение производительности за счет увеличения света в единичном спекле путем увеличения среднего размеров спеклов. Пучок света от источника 1 коллимируется и направляется светоделителем 3 в опорный и объектный плечи интерферометра Майкельсона. Линзы 4 фокусируют объектный пучок в плоскости, соответствующей нулевой разности хода плеч интерферометра . При перемещении уголкового отражателя 6 фокус объектного пучка и плоскость нулевой разности хода одновременно перемещаются и в момент совпадения их с поверхностью объекта на фотоприемнике 9 формируется картина с максимальным контрастом. По положению уголкового отражателя в этот момент определяют профиль поверхности. 2 с.п. и 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СЛ

ОО фь.

ЬЭ (21) 4144785/28 (22) 10.11.66 (46) 30.08.92; Бюл. ¹ 32 (71) Ленинградский институт точной мохаНИКИ И ОГГГИКИ (72) В.В.Хопов (56) Патент США ¹ 4387994, кл; G 01 В 11/24, 1983. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ

ПОВЕРХНОСТИ ДИФФУЗНО OTPA)KA)ОЩИХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля поверхности диффузно отраженных объектов. Целью изобретения является повышение производительности за

» HJ 1758421 А1 счет увеличения света в единичном спекле путем увеличения среднего размеров спеклов. Пучок света от источника 1 коллимируется и направляется светоделителем 3 в опорный и объектный плечи интерферометра Майкельсона. Линзы 4 фокусируют объектный пучок в плоскости, соответствующей нулевой разности хода плеч интерферометра. При перемещении уголкового отражателя 6 фокус объектного пучка и плоскость нулевой разности хода одновременно перемещаются и в момент совпадения их с поверхностью объекта на,фотоприемнике 9 формируется картина с максимальным контрастом. По положению уголкового отражателя в этот момент определяют профиль поверхности. 2 с,п. и 1 з. и, ф-лы, 2 ил.

Изобретенйе относится к контрольноизмерительной технике и мо>кет быть ис пользовано для определения .геометрических параметров диффузно отра>кающих объектов путем использования принципов спекл-интерферометрии.

Цель изобретения — повыШение производительности за счет увеличения интенсивности регистрирующих спеклов при увеличении их размеров.

На фиг. 1 изобра>кена функциональная схема устройства; на фиг. 2 — схема, где поясняется работа блока измерения оптического пути компенсатора.

Устройство содержит источник 1 излучения, за выходным окном которого располо>кен коллиматор 2, выполненный в виде линзы, за ней установлен интерферометр

Майкельсона, состоящий из светоделителя

3, зеркала 4 опорного плеча, в объектном плече интерферометра за светоделителем последовательно установлены линза 5 и уголоковый отражатель 6, установленный с возможностью перемещения вдоль оптической оси интерферометра, отражающая поверхность его обращена к светоделителю, причем ось угол кового отражателя смещена относительно оси обьектного плеча интерферометра на величину, большую половины диаметра светоделителя и меньшую половины разности диаметров уголкового отражателя и светоделителя интерферометра, уголковый отражатель 6 снабжен блоком 7 измерения его перемещения, выход которого подключен к информационному входу запоминающего устройства 8, фотоприемник

9 установлен за выходным окном интерферометра на его оптической оси, выход фотоприемника соединен с входом блока 10 определения контраста интерференционных полос. выход которого подключен к установочному входу запоминающего устройства 8.

На фиг. 2 поясняется работа блока измерения оптического пути компенсатора, выполненного в виде уголкового отра>кателя, установленного с возможностью перемещения . вдоль оптической оси интерферомет а. Блок 7 измерения оптического пути выполнен в виде двух измерительных растров 11, один из которых установлен на приводе уголкового отражателя, и ориентированы плоскостями параллельно, а штрихами перпендикулярно оптической оси объектного плеча интерферометра, растры располо>кены между оптронной парой, состоящей из светодиода 12 и фотодиода 13, выход которого подключен к счетному входу счетчика 14, вторая измерительная система образована источником

1 излучения, коллиматором 2, светоделителем 3 и уголковым отражателем 6, в плечах светоделителя на расстояниях, соответствующих равным оптическим путем от его отражающей поверхности, установлены зеркала

15 и 16, фотоприемник 17 расположен за светоделителем на оптической оси второй измерительной системы, выход его подключен к входу блока 18 определения контраста интерференционных полос,.выход блока 18 определения контраста интерференционных полос, выход блока 18 соединен с установочным входом счетчика 14, выход счетчика 14 соединен с информационным входом запоминающего устройства 8, Изобретение реализуется следующим образом. Пучок света источника 1 излучения коллимируется коллиматором 2 и направляется светоделителем 3 в опорный и обьектные плечи интерферометра Майкельсона.

Линза 5 фокусирует объектный пучок света в плоскость, соответствующую нулевой разности оптических путей плеч интерферометра. При перемещении уголкового отражателя 6 фокус объектного пучка и плоскость нулевой разности хода одновременно перемещаются и в момент совпадения их положения с поверхностью обьекта на входном окне фотоприемника 9 появляется интерференционная картина с максимальным контрастом. В этот же момент времени блок

10 выдает импульс на установочный вход запоминающего устройства 8. На информационный вход запоминающего устройства непрерывно поступает информация о поло>кении уголкового отражателя с блока 7. Таким образом, за цикл измерения в памяти блока 8 фокусируется величина о расстоянии поверхности объекта относительно базовой плоскости, которая является началом отсчета поло>кения уголкового отражателя.

Блок измерения оптического пути работает следующим образом.

Положение уголкового отражателя измеряется относительно начального значения, которое фиксируется при помощи второй измерительной системы. Эта система представляет собой интерферометр, который функционирует аналогично устройству измерения размеров обьекта, В опорном плече интерферометра находится зеркало 15, а в объектном — зеркало 16, относительно которого и фиксируется начальное положение уголкового отражателя

6. В момент времени при изменении положения уголкового отражателя, когда на входном окне фотоприемника 17 появляются контрастные интерференционные полосы, блок 18 выдает импульс на счетчик 14 и обнуляет его выходы. Первая измеритель1758421 поверхности диффуано отражающих оба ная система служит для отсчета текущего положения уголкового отражателя относительно этого момента времени, соответствующего начальному положению, Указанная система выполнена по следующей схеме.

При перемещении друг относительно друга в направлении, перпендикулярном штрихам, двух щелевых растров, расположенных между оптронной парой, на выходе фотодиода 13 будут появляться импульсы, временной интервал между которыми соответствует перемещению растра на расстояние, равное его периоду, Выход фотодиода 13 подключен к счетному входу счетчика 14. Таким образом, в каждый момент времени на выходах счетчика присутствует информация, характеризующая смещение уголкового отражателя относительно начального значения, выраженная в единицах. равных периоду растров.

Использование операции фокусировки обьектного пучка интерферометра в плоскость, соответствующую нулевой. разности хода плеч интерферометра. позволяет увеличить быстродействие устройства в типичных условиях, как минимум. на порядок, а также устранить неоднозначность результата измерений при использовании в качестве источника излучения полупроводникового лазера за счет выбора входной апертуры фотоприемника, равной уголковому размеру среднего спекла при точной фокусировке пучка на поверхности объекта. Контрастные полосы, появляющиеся при ненулевой разности хода интер рерирующих пучков, будут при выполнении этого условия интегрироваться.

Формула изобретения

1.Способ определения профиля поверхности диффузно отражающих объектов, заключающийся в том. что осуществляют интерферометрическое сравнение опорного и объектного пучков света, изменяют оптический путь объективного пучка и фокусируют объектный пучок в область изменения положения нулевой разности хода интерферирующих пучков, измеряют изменения оптического пути объектного пучка относительно его начального значения в момент появления максимального контраста интерференционной картины, по которому, судят об искомом параметре, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, фокусирование объектного пучка в область изменения положения нулевой разности хода осуществляют в плоскость. соответствующую нулевой разности хода интерферирующих пучков.

2. Устройство для определения профиля

55 тов, содержащее последовательно установленные источник излучения, коллиматор, интерферометр, включающий светоделитель, делящий излучение на опорное и объектное плечи, и фотоприемник, установленные в обьектном плече интерферометра линзу и компенсатор оптического пути с блоком измерения

его оптического пути, установленный с возможностью перемещения его вдоль оптической оси интерферометра в диапазоне, большем двух длин когерентности источника излучения, подключенный к выходу фотоприемника блока определения контраста интерференционных полос, соединенный выходом с установочным входом запоминающего устройства, информационный вход которого соединен с выходом блока измерения оптического пути компенсатора. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности, компенсатор оптического пути выполнен в виде уголкового отражателя. страдающая поверхность которого в два раза больше диаметра светоделителя и обращена к светоделителю. а его ось смещена относительно оси объектного плеча интерферометра на величину, большую радиуса светоделителя и меньшую разности радиусов уголкового. отражателя и светоделителя, а линза расположена между светоделителем и угловым отражателем и ориентирована так. что его фокальная плоскость совмещена г плоскостью нулевой разности хода объектного плеча.

3. Устройство по п.2, отл и ч а ю щее с я тем. что, уголковый отражатель имеет электромагнитный привод, а блок измерения оптического пути компенсатора выполнен в виде двух зеркал. фотоприемника и измерительной системы, включающей счетчик, оптронную пару и два идентичных плоских щелевых растра. установленные между оптронной парой, расположенные параллельно друг относительно друга и оси обьектного плеча интерферометра, один из растров установлен на приводе уголкового отражателя, оба растра ориентированы так, что их штрихи перпендикулярны к оптической оси объектного плеча, выход оптронной пары подключен к счетному входу счетчика, выход фотоприемника подключен к входу блока определения контраста интерференционных полос. выход которого соединен с установочным входом счетчика, а зеркала установлены в плечах светоделителя на расстояниях, соответствующих равным оптическим путям от его отражающей поверхности, зеркало обьектного плеча установлеро эа выходным окном уголкового отражателя, а вторая измерительная система размещена так, что ее опти еская ось смещена относительно

1758421

Составитель Е.Родионова

Техред М.Моргентал Корректор А.Ворович

Редактор А.Долинич

Заказ 2990 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

\ оси светоделителя на величину, равную радиусу линзы, которая ориентирована так, что ее ocb смещена в противоположном направлении относительно оси светоделителя на расстояние, равное разнице радиусов светоделителя и линзы.