Интерференционный способ измерения геометических параметров образца и устройство для его осуществления
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений с одновременным расширением номенклатуры измеряемых параметров. Образец помещают в эталонный интерферометр 6, используют процесс измерения при последовательном изменении положения образца путем его вращения и поступательного перемещения в эталонном интерферометре 6 с помощью механизмов 10 и 1t вращения и перемещения. wё VI VI СЛ О О ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЮВВЮЮ фиг. 2 (21) 4852573/28 (22) 23.07.90 (46) 15.11.92. Бюл. М 42 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) И.П. Гуров (56) Zygo Mark I V Interfегоmeter
System//Laser Optronics. 1988, N5-ð.67.
Sounders Т. В. Ba tl and CylInder
Interfегоmeter//T.Res. Nat, Buv. Std (V. S) Nos
1 and 2,1972-ч.76С, р.11-20. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ
ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРА„„. Ж „„1775602 А1
МЕТРОВ ОБРАЗЦА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности измерений с одновременным расширением номенклатуры измеряемых параметров. Образец помещают в эталонный интерферометр 6, используют процесс измерения при последовательном изменении положения образца путем его вращения и поступательного перемещения в эталонном интерферометре 6 с помощью механизмов 10 и 11 вращения и перемещения, 4
Ql (;
О
ЬЭ
1775602
25
35 управляемых от электромеханического шагового привода 12. при соответствующих показаниях счетчика 13 шагов перемещений. B каждом положении образцов, установленных по разные стороны эталонного, получают две интерференционные картины при отражении света от отражателя эталонного интерферометра и участка поверхности образца с двух противоположных сторон образца. После этого осуществляют фотоэлектрическое преобразование в электрические сигналы одновременно двух интерференционных картин. Далее, с помощью вычислительного блока 16, подключенного к выходам многоканальных фоИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения размеров, перемещений и отклонений образцов с зеркальными отражающими поверхностями в эталонных длинах волн.
Известен интерференционный способ измерения геометрических параметров образца, использующий восстановление волнового фронта, отраженного от поверхности измеряемого образца при фиксированном. положении образца, Известный способ реализуется с помощью устройства, содержащего источник монохроматического излучения с коллиматором, светорасщепитель, интерферометр
Физо с образцовой поверхностью в опорном плече, телевизионную систему с вычислительным устройством, установленную на выходе интерферометра Физо, 20
Регистрируя интерференционную картину, полученную в интерферометре Физо при отражении излучения от образцовой опорной поверхности и поверхности измеряемого тела, восстанавливают при помощи телевизионной системы и вычислительного устройства отклонения формы волнового фронта, по которым и судят о геометрических параметрах образца, Кедостатком известного технического решения является недостаточная точность измерений, обусловленная тем, что в нем измерения являются относительными, и, следовательно. в погрешность измерения входит неидеальность формы опорной поверхности.
Известен также интерференционный способ измерения геометрических параметров образца, использующий абсолютные тоэлектрических преобразователей 14 и 15 счетчика 13 шагов перемещений, восстанавливают разопределение фазы в интерференционных картинах по значениям фотоэлектрических сигналов, по которым определяют величины зазоров между отражателями эталонного интерферометра 6 и поверхностью образца по всей площади каждой интерференционной картины, а искомое значение геометрического параметра образца получают путем вычитания в вычислительном блоке 16 величин зазоров из значения длины эталонного интерферометра. 2 с.п. ф-лы, 2 ил. измерения в эталонных длинах волн, который по совокупности существенных признаков наиболее близок предлагаемому и принят эа прототип.
Способ заключается в том, что помещают образец в эталонный интерферометр
Фабри-Перо с известной длиной, получают две интерференционные картины при отражении света от отражателей эталонного интерферометра и каждого из двух противоположных участков поверхности образца, определяют положения экстремумов интенсивности в каждой интерференционной картине, вычисляют по этим положениям значения порядка интерференции в центре каждой интерференционной картины, определяют величины зазоров между поверхностью образца и отражателями эталонного интерферометра, получают значения размера образца путем вычитания суммы величин зазоров из значения длины эталонного интерферометра, изменяют положение образца путем его вращения, осуществляют последовательные измерения размера при различных положениях образца, усредняют значения размера в полученной последовательности измерений, а о геометрических параметрах образца судят по среднему значению размера.
Известный способ реализуется с помощью устройства, которое по совокупности существенных признаков наиболее близко предлагаемому и принято за прототип.
Известное устройство содержит последовательно расположенные источник излучения, обьектив, светоделитель, а также непрозрачный экран, размещенные в каналах светоделителя поворотные зеркала, эта1775602
10
55 лонный интерферометр с образцом, отражатели которого помещены между поворотными зеркалами, фотокамеру, установленную на выходе светоделителя, причем устройство снабжено механизмом вращения образца.
Известный способ реализуют с помощью известного устройства следующим образом, Помещают образец в эталонный интерферометр с известной длиной, образованной отражателями, получают две интерференционные картины при отражении света от отражателя и участка поверхности образца (первый зазор) и отражателя и противоположного участка поверхности образца (второй зазор). определяют положения экстремумов интенсивности в каждой из двух интерференционных картин с помощью их последовательного фотографирования в фотокамере при двух положениях и непрозрачного экрана, вычисляют при визуальном наблюдении по фотографиям значения порядков интерференции в центре каждой интерференционной картины, вычисляют вручную величины первого и второго зазоров между поверхностью образца и отражателями эталон ного интерферометра, получают значения размера образца путем вычитания суммы величин зазоров из значения длины эталонного интерферометра, изменяют положение образца путем его вращения вручную, осуществляют последовательные измерения размера при различных положениях образца, усредняют при вычислениях вручную значения размера в полученной последовательности измерений а о геометрических параметрах образца судят по среднему значению размера.
Недостатком известного технического решения является недостаточная точность и недостаточная номенклатура геометрических параметров образца, что обусловлено существенным влиянием отклонений формы поверхности от идеальной сферы на работоспособность известного технического решения, чувствительностью известного технического решения к влиянию дестабилизирующих факторов, невозможностью определения в известном техническом решении четных гармоник функции поверхности и топографии поверхности, субьективными ошибками измерений, Таким образом, известное техническое решение имеет недостаточную точность измерений и недостаточную номенклатуру измеряемых геометрических параметров образца.
Целью изобретения является повышение точности измерений с одновременным расширением номенклатуры геометрических параметров образца.
Предлагаемый интерференционный способ измерения геометрических параметров образца, использующий измерения при последовательном изменении положения образца путем его вращения и поступательного перемещения в эталонном интерферометре, заключается в том, что помещают образец в эталонный интерферометр, получают две интерференционные картины при отражении света от отражателей эталонного интерферометра и каждого из двух противоположных участков поверхности образца, осуществляют фотоэлектрическое преобразование одновременно двух интерференционных картин. восстанавливают распределения фазы в интерференционных картинах, по которым определяют величины зазоров по всей площади каждой интерференционной картины, а искомое значение геометрического параметра получают путем вычитания суммы величин зазоров из значения длины эталонного интерферометра.
Предлагаемый способ может быть осуществлен с помощью устройства, содержащего последовательно расположенные источник излучения, обьектив, светоделитель, размещенные в его каналах поворотные зеркала и эталонный интерферометр, отражатели которого помещены между по,воротными зеркалами, причем устройство снабжено механизмами вращения и поступательного перемещения образца, электромеханическим шаговым приводом механизмов вращения и перемещения, счетчиков шагов перемещений двумя многоканальными фотоэлектрическими преобразователями и вычислительным блоком, при этом поворотные зеркала выполнены полупрозрачными, многоканальные фотоэлектрические и реобразователи расположены по ходу излучения, отраженного от отражателей эталонного интерферометра, а вычислительный блок подключен к выходам многоканальных фотоэлектрических преобразователей и счетчика шагов перемещений, электрически связанного с электромеханическим шаговым приводом механизмов вращения и перемещения, Это решение позволяет проводить измерение величин зазоров между отражателями интерферометра и поверхностью образца сферической или более сложной геометрической формы с повышенной точностью в автоматическом режиме за счет. фотоэлектрического преобразования и использования одновременно всей информации, содержащейся в каждой интерференционной картине для любого вида
1775602 интерференционных картин, в том числе, при изменениях их положения в сечении освещающих пучков, что значительно повышает точность измерений и расширяет номенклатуру измеряемых параметров. 5
На фиг.1 и 2 показана схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство содержит последовательно расположенные источник 10 излучения 1, объектив 2, светоделитель 3, размещенные в его каналах поворотные зеркала 4,5 и эталонный интерферометр 6 с образцом 7, отражатели 8, 9 интерферометра 6 помещены между поворотными зерка- 15 лами 4,5, причем устройство снабжено механизмами вращения 10 и поступательного перемещения 11 образца 7, электромеханическим шаговым приводом 12 механизмов вращения 10 и перемещения 20
11, счетчиком шагов перемещений 13, двумя многоканальными фотоэлектрическими преобразователями 14, 15 и вычислительным блоком 16, при этом поворотные зеркала 4,5 выполнены полупрозрачными, 25 многоканальные фотоэлектрические преобразователи 14, 15 расположены по ходу излучения, отраженного от отражателей 8, 9 эталонного интерферометра б, а вычислительный блок 16 подключен к выходам 30 многоканальных фотоэлектрических преобразователей 14, 15 и счетчика шагов перемещений 13, электрически связанного с электромеханическим шаговым приводом 12 механизмов вращения 10 и перемещения 11. 35
Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого устройства следующим образом. Помещают образец 7 в эталонный интерферометр б и используют процесс измерения при последовательном 40 изменении положения образца 7 путем его вращения и поступательного перемещения в эталонном интерферометре 6 с помощью механизмов вращения 10 и перемещения
11, управляемых от электромеханического 45 привода 12 при соответствующих показаниях счетчика шагов перемещений 13. В каждом положении образца 7 получают с помощью источника излучения 1, объектива
2, светоделителя 3, поворотных зеркал 4, 5 50 две интерференционные картины при отражении света от отражателя 8 эталонного интерферометра б и участка поверхности образца 7 (первая картина) и отражателя 9 эталонного интерферометра 6 и противопо- 55 ложного участка поверхности образца 7 (вторая картина), после чего осуществляют фотоэлектрическое преобразование в электрические сигналы одновременно двух интерференционных картин с помощью многоканальных фотоэлектрических преобразователей 14, 15, Далее с помощью вычислительного блока 16 восстанавливают распределения фазы в интерференционных картинах по значениям фотоэлектрических сигналов многоканальных фотоэлектрических преобразователей 14, 15. По распределениям фазы в вычислительном блоке 16 определяют величины зазоров между отражателями 8, 9 и поверхностью образца 7 по всей площади каждой интерференционной картины, а искомое значение геометрического парамет ра образца 7 получают путем вычитания суммы величин зазоров из значения длины эталонного интерферометра б.
Формула изобретения
1. Интерференционный способ измерения геометрических параметров образца, использующий измерения при последовательном изменении положения образца путем его вращения в эталонном интерферометре, заключающийся в том, что помещают образец в эталонный интерферометр, получают две интерференционные картины при отражении света от отражателей эталонного интерферометра и каждого из двух противоположных участков поверхности образца, по параметрам интерференционных картин определяют величины зазоров между поверхностью образца и отражателями эталонного интерферометра, а искомое значение геометрического параметра получают путем вычитания суммы величины зазоров из значения длины эталонного интерферометра, отличающийся тем,что,сцелью повышения точности измерений с одновременным расширением номенклатуры измеряемых параметров, дополнительно в процессе измерений изменяют положение образца путем поступательного перемещения, осуществляют фотоэлектрическое преобразование одновременно двух интерференционных картин, восстанавливают распределение фазы в интерференционных картинах, по которым определяют величины зазоров по всей площади каждой интерференционной картины.
2. Устройство для измерения геометрических параметров образца, содержащее последовательно расположенные источник излучения, объектив, светоделитель, размещенные в его каналах поворотные зеркала и эталонный интерферометр, отражатели которого помещены между поворотными зеркалами, устройство снабжено механизмом вращения образца, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерений с одновременным расширением номенклатуры измеряемых параметров, ус1775602
Составитель И.Гуров
Техред М,Моргентал
Редактор
Корректор Н,Гунько
Заказ 4028 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 тройство дополнительно снабжено механизмом поступательного перемещения образца, электромеханическим шаговым приводом, механизмом вращения и перемещения, счетчиком шагов перемещений, двумя многоканальными фотоэлектрическими преобразователями и вычислительным блоком. при этом поворотные зеркала выполнены полупрозрачными, многоканальные фотоэлектрические преобразователи расположены по ходу излучения, отраженного от отражателей эталонного интерферометра, а вычислительный блок подключен к выходам
5 многоканальных фотоэлектрических преобразователей и счетчика шагов перемещений, электрически связанного с электромеханическим шаговым приводом механизмов вращения и перемещения.
