Способ фокусировки оптической системы

 

СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, преимущественно для обработки прецизионных деталей, основанный на получении рассеивающих структур, перемещающихся относительно изображения в зоне измерения.заключающийся в том, что, изменяя расстояние между оптической системой и плоскостью зоны измерения, сохраняя при этом постоянным угол падения светового луча, добиваются оптимизации размеров рассеивающих структур, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, освещение производят лучом оптического квантового генератора с углом падения на поверхность, обеспечивающим контрастное разделение светового потока на зеркальную составлякицую и диффузную с дифракционной структурой, а изменение расстояния между ош-ической системой и плоскостью зоны измерения ведут до исчезновения упорядоченного перемещения отдельных элементов структуры изображения, которое наблюдают в перпендикулярной отраженному лучу плоскости.i(ЛOQсх о4^О5

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„68046

3I5D G 02 В 27 40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Х

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY CBMPETESlbCTBY (21) 2509806/18-10 (22) 13,07.77 (46) 23.01.84. Бюл. Р 3 (72) В.М.Суминов,. Н.Н.Катомин, A.Í. Мухин, А.А.Гребнев, Е.Б.Эайченкова и Е.И.Гребенюк (71) Московский авиационный технологический институт им.К.Э.Циолковского (53) 535.8(088.8) (56) 1. Суминов В.И. и др. Обработ" ка деталей лучом лазера, М., "Машиностроение", 1969.

2. Патент США Р 381322, кл. 356-126, опублик. 1975 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ФОКУСИРОВКИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ, преимущественно для обработки прецизионных деталей, основанный на получении рассеивающих структур, перемещающихся относительно изображения в зоне измерения, . заключающийся в том, что, изменяя расстояние между оптической системой и плоскостью зоны измерения, сохраняя при этом постоянным угол падения светового луча, добиваются оптимизации размеров рассеивающих структур, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фокусировки, освещение производят лучом оптического квантового генератора с углом падения на поверхность, обеспечивакицим контрастное разделение светового потока на зеркальную составляющую и диффузную с дифракционной структурой, а изменение расстояния между оптической системой и плоскостью зоны с9

O измерения ведут до исчезновения упорядоченного перемещения отдельных элементов структуры изображения, которое наблюдают в перпендикулярной С отраженному лучу плоскости.

680460

5

Изобретение относится к оптике в частности к способам фокусировки оптических систем, и может быть использовано для фокусировки оптической системы при обработке прецизионных деталей лучом оптического квантового генератора (ОКГ).

Известен способ настройки на фокус, заключающийся в измерении диаметра сечения светового пятна на некотором расстоянии от линзы (13.

Однако этот способ не дает точного значения места расположения фокуса.

Известен также способ настройки 15 на фокус, основанный на получении рассеивающих структур, перемещающихся относительно иэображения .в зоне измерения, заключающийся в том, что изменяя расстояние между оптической системой и плоскостью зоны измерения, сохраняя при этом постоянный угол падения луча, добиваются оптимизации размеров рассеивающих структур |.2 ).

Однако данный способ сложен и малопроизводителен, так как настройка на фокус производится на специальный элемент, который затем заменяется на исследуемый объект, что вызывает появление дополнительных погрешностей.

Целью изобретения является повышение точности фокусировки.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу освещение исследуемой поверхности производят лучом

ОКГ с углом падения на поверхность, обеспечивающим контрастное разделение светового потока на зер,кальную составляющую и диффузную с 40 дифракционной структурой, а изменение расстояния между оптической системой и плоскостью эоны измерения ведут до исчезновения упорядоченного перемещения отдельных эле- 45 ментов структуры изображения, которое наблюдают в перпендикулярной отраженному лучу плоскости.

На фиг. 1-3 показаны схемы хода лучей при различных случаях фокусировки.

При фокусировке светового луча

ОКГ на поверхности обрабатываемой детали возможны три положения фокального пятна: фокальное пятно находится на поверхности детали (случай точной фокусировки, фиг.1); фокальное пятно находится над поверхностью деталей (случай недофокусировки, фиг. 2 ); фокальное пятно расположено "внутри" материала де- 60 тали (случай перефокусировки, фиг. 3 ).

При освещении реальной шероховатой поверхности когерентным монохроматическим излучением например, Не-Ne лазера ) наблюдается явление разложения отраженного от реальной шероховатой поверхности светового потока на зеркальную и диффузную составляющую по формуле

) д +a (x,z)+2ha(x, )соэ(2мв1пФ/Rz+8(x,z)) ! где A — сопэ — амплитуда интенсивности падающей волны;

z(x,z) †.амплитуда интенсивности отраженной волны; ф — угол падения, угол отражения; длина волн излучения;

- текущее значение высоты микронеровностей профиля поверхности отражения в выбранном сечении.

Первые два члена уравнения представляют зеркальную составляющую отраженного потока, третий член управления характеризует поле диф= фузной составляющей.

В плоскости, расположенной перпендикулярно плоскости отражения на расстоянии L» F, где F — фокусное расстояние оптической системы, наблюдается дифракционная картина с системой дифракционных максимумов, где зеркальная составляющая представляет собой дифракционный максимум 0-го порядка (фиг. 1. Х), а диффузная составляющая — совокупность дифракционных максимумов более высоких порядков (фиг. 1, Ц ).

Смещение дифракционных максимумов относительно произвольно выбранной точки шероховатой поверхности, перемещающейся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, зависит от места положения фокального пятна. В случае расположения фокального пятна "внутри"материала (фиг. 3) направление смещения дифракционных максимумов совпадает с перемещением отражающей поверхности; при недофокусировке (фиг. 2) смещение дифракционных максимумов и перемещение отра>кающей поверхности происходит в противоположных направлениях. для случая полной фокусировки смещение дифракционных максимумов хаотично и не зависит от направления перемещения отражающей поверхности (фиг 1).

Фи 3

Редактор И.Гохфельд ТехредЖ.Кастелевич Корректор а.Повх

Заказ 1057/2 . Тираж 497 Подпи си се

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,.ул. Проектная, 4