Интерференционное устройство для контроля линз

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в производстве оптических деталей и приборов при комплексной оценке их качества контроля формы, оптических неоднородностей и дефектов, контроля центровки деталей типа линз. Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля качества изготовления линз с децентровкой. Луч от лазера разделяется светоделителем путем на два пучка, первый из которых проходит контролируемую линзу и через зеркала попадает на четырсхквадрантный фотоприемник , а второй расширяется телескопической системой и создает равномерную засветку фотоприемника. При наличии децентровки контролируемой линзы первый лазерный пучок смещаемся относительно центра четырехквадратного фотоприемника контролируемую линзу центрируют по узкому лазерному пучку от светоделителя, при выведении входного элемента телескопической системы из пучка до попадания его в центр чегырехвадрантного фотоприемника, связанного дифференциальными усилителями с электроприводами двухкоординатного механизма перемещения, на рабочем столе которого установлен держатель контролируемой линзы, С помощью двух телескопических систем с идентичными входными элементами и выходными элементами в виде контролируемой и эталонной линз,создают коллимированные расширенные пучки света, интерферирующие на плоском полупрозрачном зеркале, при введении в пучок входного элемента и закрытии затвора с помощью механизма перемещения . Величину децентровки измеряют по индикаторам датчиков перемещения. При превышении децентровки пределов, установленных стандартами делают вывод о негодности линзы, необходимости ее корректировки , а наоборот - о годности линзы. После установки следующей контролируемой линзы в держателе аналогично повторяют процесс автоматической центровки и оценки отклонений формы дефектности. (Л С XI СЛ 00 ю О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК ()5 G 01 В 11/24 т s

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876233/28 (22) 22.10,90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (71) Гомельский государственный университет им. Ф.Скорины (72) Н.П.Казаков, Ю.Н.Крылов, С,С.Гиргель, Н.Н.Горелый и И.Г.Войтенко (56) Креопалова Г.В, и др. Оптические измерения; М., Машиностроение, 1987, с. 95 — 96, рис. 50.

Креопалова Г.S. и др. Оптические измерения, М.: Машиностроение. 1987, с. 97-98, рис, 52.

Там же, с. 121 — 122, рис. 68.

Там же, с. 126-129, рис. 73, 74. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТво для контголя линЗ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в производстве оптических деталей и приборов при комплексной оценке их качества пу ем контроля формы, оптических неоднородностей и дефектов, контроля центровки деталей типа линз.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности контроля качества изготовления линз с децентровкой. Луч от лазера разделяется светоделителем путем на два пучка, первый из которых проходит контролируемую линзу и через зеркала попадает на четырехквадрантный фотоприемник, а второй расширяется телескопиИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в производстве оптических деталей и приборов при комплекСной оценке их качества путем контроля формы, опти Ы „„1758423 А1 ческой системой и создает равномерную засветку фотоприемника. При наличии децентровки контролируемой линзы первый лазерный пучок смещае-.ся относительно центра четырехквадратного фотоприемника контролируемую линзу центрируют по узкому лазерному пучку.от светоделителя, при выведении входного элемента телескопической системы из.пучка до.попадания его в центр четырехвадрантного фотоприемника, связанного дифференциальными усилителями с электроприводами двухкоординатного механизма перемещения, на рабочем столе которого установлен держатель контролируемой линзы, С помощью двух телескопических систем с идентичными входными элементами и выходными элементами в виде контролируемой и эталонной линз,создают коллимированные расширенные пучки света, интерферирующие на плоском полупрозрачном зеркале, при введении в пучок входного элемента и закрытии затвора с помощью механизма перемещения. Величину децентровки измеряют по индикаторам датчиков перемещения, При превышении децентровки пределов, установленных стандартами делают вывод о негодности линзы, необходимости ее корректировки, а наоборот — о годности линзы.

После установки следующей контролируемой линзы в держателе аналогично повторяют процесс автоматической центровки и оценки отклонений формы дефектности, ческих неоднородностей и дефектов, контроля центрировки деталей типа линз. Используемые в настоящее время технические решения для контроля качества оптических деталей типа линз обеспечива1758423 ют контроль формы оптических поверхностей, выявление оптических неоднородностей, поверхностных и структурных дефектов, проверку центрировки и т,п. Как правило, известные устройства позволяют 5 оценивать отдельные параметры и элементы линз. В частности, известные устройства не позволяют достоверно оценивать отклонения формы, неоднородности и дефекты в условиях децентровки линзы, Известно фо- 10 тоэлектрическое устройство для проверки центрировки линз, содержащее осветительную систему, коллиматор, полупрозрачное зеркало, регулируемый центрирующий патрон для бази >ования контролируемой лин- 15 зы, установленный с возможностью поперечного перемещения и с воэможностью вращения, привод перемещения цент-. рирующего патрона, фотоэлектрический узел, выход которого соединен через усили- 20 тель с приводом перемещения центрирующего патрона, индикатор децентровки.

Устройство обеспечивает возможность автоматической центрировки линзы в центрирующем патр йе при его вращении за счет 25 поперечных перемещений линзы, а также возможность контролировать и измерять величины децентровки линзы индикатором.

Фотометрический блок выполнен в ви де фотодиодов, связанных через конденсо- 30 ры с передней и задней поверхностями контро ируемой линзы (передней — через полупрозрачное зеркало).

Недостатком известного устройства яв- 35 ляется невозможность контроля формы и дефектов структуры и поверхности контролируемой линзы, трудность совмещения его с интерференционным устройством, так как контролируемая линза фокусирует свет на 40 поверхность фотоэлементов.

Известно устройство для центрировки линзовых систем интерференционным способом, содержащее лазер, расширитель светового пучка и светоделитель, узел бази- 45 рования контролируемой линзы в виде линзы с вогнутой поверхностью, расположенные в совпадающих эталонной и рабочей ветвях, систему регистрации интерференционной картины, оптически свя- 50 занную со светоделителем, Устройство обеспечивает контроль децентровки по наличию двух систем интерференционных полос. В качестве светоделителя используют светоделительный куб микроскопа малого 55 увеличения, содержащего объектив и окуляр (система регистрации). Для устранения паразитных засветок используют поляризаторы, установленные во входном плане и плече регистрации, а также четвертьволновую пластину, установленную в рабочей ветНедостатками известного устройства являются невозмо>кность контроля одновременно с децентровкой формы и дефектности контролируемой линзы, а также низкая точность и достоверность оценки децентровки при наличии дефектов формы или структуры линзы.

Известен интерферометр для бесконтактного контроля сферических поверхностей типа KiO, содержащий источник света, поворотное зеркало, конденсорную линзу, полупрозрачное зеркало, эталонную сферическую поверхность, расположенную вместе с контролируемой линзой в совмещенной с эталонной ветви интерферометра, наблюдательную систему, расположенную в регистрационной ветви, оптически связанной с полупрозрачным зеркалам. В известном интерферометре эталонная поверхность выполнена на концентрическом мениске, контролируемая линза выполнена с возможностью продольного и поперечного перемещения, а между прозрачным зеркалом и мениском расположен объектив.

Недостатком известного устройства является низкая точность и достоверность контроля формы и дефектов структуры при наличии децентровки линзы, что обусловлено сложностью выделения йнформации о децентричности при наличии дефекта формы или дефекта структуры и наоборот. Практически, поскольку контролируется только одна (передняя) поверхность линзы, поперечное смещение ее не позволяет оценить наличие децентричности или устранить ее для контроля Дефектов формы или структуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является интерферометр для контроля качества оптических поверхностей типа ИКАП-2, содержащий источник минохроматического излучения — лазер, расширитель светового пучка, светоделитель, эталонный оптический элемент в эталонной ветви, систему регистрации, расположенную в регистрационной ветви, узел с контролируемой линзой, установленной по ходу пучка света в paGoчей ветви интерферометра. Для обеспечения комплексного контроля линзы в известном интерферометре в рабочей ветви перед контролируемой линзой установлен компенсатор, а после нее — плоское эталонное зеркало, в эталонной ветви эталонный элемент выполнен в виде зеркала с эталон-. ной поверхностью. Комплексная проверка линзы включает оценку погрешности ее обе758423

10

30

55 их поверхностей и неоднородности стекла.

Причем, для проверки поверхностей линзу необходимо переворачивать и устанавливать в одинаковое положение.

Недостатками известиого интерферометрического устройства является недостаточная точность и достоверность контроля формы и неоднородности стекла линзы при наличии децентровки линзы, а также невозможность количественной оценки величины децентровки в реальном масштабе времени, сложность манипуляции линзой для обеспечения комплексной проверки качества изготовления, необходимость изготовления для ограниченного числа типоразмеров линз нескольких эталонных элементов и компенсатора, а в силу изложенного — недостаточные информативность и производительность при оценке качества изготовления линзы.

Цель изобретения — повышение точности, достоверности, информативности, .а также повышение производительности при контроле качества изготовления линз.

Достижение цели обеспечивается тем, что интерференционное устройство для контроля линз, содержащее источник монохроматического света, светоделитель, делящий световой поток на рабочий и эталонный, последовательно установленные в рабочем потоке объектив, держатель контролируемой линзы и зеркало, эталонный элемент, расположенный в эталонном потоке и систему регистрации интерференционной картины снабжено механизмом переремещения объектива рабочего потока в плоскости, перпендикулярной оптической оси, двухкоординатным механизмом с электроприводом перемещения держателя контролируемой линзы в плоскости, перпендикулярной оптической оси, последовательно установленным в эталонном потоке по ходу излучения за светоделительным зеркалом и объективом, полупрозрачным зеркалом, связывающим систему регистрации интерференционной картины с обеими потоками, последовательно установленные затвор и четырехквадрантный фотоприемник в рабочей ветви по ходу излучения за полупрозрачным зеркалом, двумя дифференциальными усилителями, подключенными входами кдиагональным квадрантам фотоприемника, а выходами к электроприводу двух координатного механизма перемещения, затвор соединен с механизмом перемещения обьектива рабочего потока, а эталонный элемент выполнен в виде линзы.

Кроме того, устройство с целью повышения информативности за счет количественной оценки величины децентровки снабжено двумя датчиками перемещения с индикаторами, соединенными с двухкоординатным механизмом перемещения.

Повышение производительности достигается за счет уменьшения числа манипуляцией с линзой и устройством, необходимых для комплексной оценки качества линзы.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник монохроматического света — лазер 1, светоделитель в виде разделительното полупрозрачного зеркала 2, поворотное зеркала 3. объектив 4, эталонную линзу 5. Объектив 4 и линза 5 образуют эталонную ветвь интерферометра. Кроме того, устройство содержит объектив 6 с держателем 7, установленным с возможностью поперечного перемещения от механизма перемещения 8, держатель 9 контролируемой линзы 10, расположенной на рабочем столе 11. двухкоординатного механизма перемещения 12 с алек гроприводами (на фигуре не показаны), по воротное зеркало 13, полупрозрачное плоское зеркало 14, систему регистрации и наблюдения интерференционной картины 14.

Объектив 6 и контролируемая линза 10 образуют рабочую ветвь интерферометра, Кроме того, устройство содержит четырехквадрантный фотоприемник t6, дифференциальные усилители 17, l8, первый и второй входы которых подсоединены к диагональным фотоэлементам фотоприемника 16. а выходы соответственно, к электроприводам двухкоординатного механизма перемещения 12.

Четырехквадрантный фотоприемник 16 расположен на продолжении рабочей ветви интерферометра, перед ним за плоским полупрозрачным зеркалом 14 расположен механический затвор 19, соединенный гибкой механической связью со штоком механизма перемещения 8. Для регистрации величины децентровки устройство содержит первый

20 и второй 21 датчики перемещения с индикаторами, обеспечивающими измерение перемещения рабочего стола по первой и второй координатам. Устройство реализуется на базе серийного двухкоординатного стсла.

Устройство работает следующим образом.

С помощью механизма перемещения 8 выводится объектив из лазерного пучка и одновременно открывается механический затвор 19. Устанавливают в держатель 9 контролируемую линзу 10. Лазерный луч от лазера 1 разделяется светоделителем 2 на

1758423

20

40

55 два пучка, первый из которых проходит обьектив 6, контролируемую линзу 10 и чероз зеркала 13 и 14 попадает на четырехквадрантный фотоприемник 16, а второй отклоняясь зеркалом 3, расширяется объективом

4, и проходит через эталонную линзу 5 и создает равномерную засветку фотоприемника 16. При наличии децентровки контролируемой линзы первый лазерный пучок смещается относительно центра четырехквадрантного фотоприемника 16 и попадает в один из его квадрантов, где преобразуется в электрический сигнал, поступающий на первый вход одного из дифференциальных усилителей, например, 17, на второй вход усилителя 17 поступает сигнал от диагонального элемента. Разностный сигнал усиливается усилителем 17 и поступает на первый электропривод двухкоординатного механизма перемещения 12, в результате чего происходит перемещение держателя 9 и контролируемой линзы 10 к центру падающего на нее лазерного пучка. Лазерный пучок смещается линзой 10 к центру фотоприемника 16. При этом он может попасть на один из квадрантов соседней диагональной пары. Сигналы рассогласования с этой пары после усиления усилителем 18 поступают на второй электропривод к перемещению линзы 10 к центру падающего на нее лазерного пучка. Процесс центрировки продолжается до совмещения оси линзы 10 с центром падающего на нее лазерного пучка и попадания последнего в центр фотоприемника 16. Та- 35 ким образом, осуществляется автоматическая центрировка линзы 10. После установки первого лазерного пучка в центр четырехквадрантного фотоприемника 16 и остановки двухкоординатного механизма перемещения 12 механизмом перемещения

8 возвращают объектив 6 в первоначальное положение и одновременно закрывают затвор 19. Лазерный пучок от светоделителя 2 расширяется объективом 6 и попадает на контролируемую, линзу 10, которая завершает формирование параллельного расши. ренйого пучка света, Пучок света посредством зеркала 13 направляется на полупрозрачное зеркало 14, где интерферирует с параллельным расширенным пучком света от эталонной ветви.

Интерференционная картина наблюдается и (или) регистрируется системой 15.При наличии отклонений формы апти. еских поверхностей, неоднородностей в материле контролируемой линзы, дефектов структуры или поверхности происходит уширение интерференционных полос, их искривление и

8 смещение, по которым судят о годности контролируемой линзы визуально и {или) путем автоматической регистрации.. Отсутствие дефектов и отклонений формы от эталонной свидетельствует о высоком качестве изготовления. Величину децентровки измеряют по индикаторам датчиков перемещения 20, 21. При превышении величины децентровки пределов, установленных стандартами делают вывод о негодности линзы, необходимости ее корректировки. После установки следующей контролируемой линзы в держателе аналогично повторяют процесс автоматической центрировки и оценки отклонений формы и дефектности.

Формула изобретения

1. Интерференционное устройство для контроля линз, содержащее источник монохроматического света, светоделитель, делящий световой поток на рабочий и эталонный, последовате ьно установленные в рабочем потоке объектив, держатель контролируемой линзы и зеркало, эталонный элемент, расположенный в эталонном потоке, и систему рагистрации интерференционной картины, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности контроля линз с децентровкой, оно снабжено механизмом перемещения обьектива рабочего потока в плоскости, перпендикулярной оптической оси, двухкоординатным механизмом с электроприводом перемещения держателя контролируемой линзы в плоскости, перпендикулярной оптической оси, последовательно установленными в эталонном потоке по ходу излучения за светоделителем зеркалом и обьективом, полупрозрачным зеркалом, связывающим систему регистрации интерференционной картины с обойми потоками, последовательно установленными затвором и четырехквадрантным фотоприемником в рабочей ветви по ходуизлучения за полупрозрачным зеркалом, двумя дифференциальными усилителями, подключенными входами кдиагональным квадрантам фотоприемника, а выходами — к электроприводу двухкоординатного механизма перемещения, затвор соединен с механизмом перемещения объектива рабочего потока, а эталонный элемент выполнен в виде линзы.

2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения информативности за счет количественной оценки величины децентровки, оно снабжено двумя датчиками перемещения с индикаторами, соединенными с двухкоординатным механизмом перемещения.

1758423

Составитель Ю.Крылов

Техред M.Mîðãeíòàë

Корректор А,Ворович

Редактор А.,Долинич

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

Заказ 2990 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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