Интерферометр для контроля формы плоских шлифованных поверхностей изделий

 

В.А. Зверев и П.В. Орлов (72) Авторы изобретения (7t) Заявитель (5 ) ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ПЛОСКИХ

ИЛИФОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к контроль. но"измерительной технике, предназначено для контроля формы плоских шлифованных поверхностей, и может быть использовано преимущественно в

5 производстве занятом изготовлением оптических деталей.

Известно устройство для контроля формы плоских шлифованных поверхностей, содержащее коллиматор и зрительную трубу (1 ).

Недостатком известного устройства является невозможность получения количественных данных о форме контролируемой поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является интерферометр для контроля формы плоских шлифованных поверхностей изделий, содержащий осветительную систему, выполненную в виде установленных один за другим источника когерентного излучения и формирователя плоского волнового

2 фронта, платформу, установленную с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси ос" ветительной системы, и предназначенную для размещения на ней изделия с воэможностью ориентации его контролируемой поверхностью параллельно оси поворота платформы, плоское зеркало и регистратор интерференционной картины f 2 1.

Недостатком известного интерфе" рометра является низкая точность контроля,,обусловленная невозможностью плавного изменения угла паде" ния лучей на контролируемую поверх" ность, что не позволяет реализовать максимальную чувствительность измерений в каждом конкретном случае, а также эа счет изменения контраста получаемой интерференционной картины при изменении чувствительности измерений.

4ель изобретения - повышение точности контроля.

Укаэанная цель достигается тем, что интерферометр снабжен светоделителем, установленным за осветительной сиСтемой так, что он делит выходящее из нее излучение на два пространственно-разнесенных пучка, и двухзеркальным обратным отражателем, размещенным в ходе лучей одного из пучков с возможностью поворота вокруг оси, параллвльной его ребру и перпен- о, дикулярной оси этого пучка, плоское зеркало установлено на платформе параллельно оси ее поворота е ходе лучей другого пучка с возможностью ориентации зеркала перпендикулярно контролируемой поверхности изделия, а двухзеркальный отражатель ориентирован так, что оба пучка поступают в регистратор интерференционной картины объединенными. 20

На чертеже приведена принципиаль" ная схема интерферометра.

Интерферометр содержит осветительную систему, выполненную в виде установленных один за другим источника 1 когерентного излучения и формирователя 2 плоского волнового фронта, светоделитель 3, плоское зеркало Ч, двухзеркальный обратный отра° жатель 5, регистратор 6 интерференционной картины и платформу 7,предназначенную для размещения на ней изделия 8 с контролируемой плоской шлифованной поверхностью 9.

Источник 1 когерентного излучения

3S может быть выполнен в виде лазера. В этом случае формирователь 2 плоского волнового фронта представляет собой телескопическую систему. Платформа

7 установлена с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси осветительной системы.

Светоделитель 3 установлен за осветительной системой так, что ок делит выходящее из нее излучение на два

45 пространственно разнесенных пучка.

Двухзеркальный обратный отражатель

5 размещен в ходе лучей одного из пучков с возможностью поворота вокруг оси, параллеп ной его ребру и пер50 пендикулярной оси этого пучка. Изделие 8 размещается на платформе 7 в ходе лучей второго пучка и ориентируется контролируемой поверхностью 9 параллельно оси поворота платформы 7.

SS

Плоское зеркало 4 установлено на платформе 7 параллельно оси его поворота в ходе лу4ей второго пучка

3 911143 ф и ориентируется перпендикулярно контролируемой поверхности 9.

Двухзеркальный отражатель 5 ориентирован так, что оба пучка поступают в регистратор 6 интерференционной картины объединенными.

Интерферометр работает следующим образом.

Излучение от источника 1 проходит Формирователь 2 и падает на светоделитель 3, который делит его на два пучка. Один из пучков поступает в двухзеркальный отражатель 5, а второй пучок попадает на контролируемую поверхность 9 под некоторым углом к ней. Отражатель 5 смещает поступающий в него пучок параллельно самому себе на величину, превышающую диаметр пучка, и направляет его вновь на сеетоделитель 3. Контролируемая поверхность 9 отражает часть падающего на нее пучка (зеркальная составляющая) под углом i, равным углу

Зеркало 4 направляет зеркальную составляющую на светоделитель 3 в направлении, параллельном направлению падающего на поверхность 9 пучка.

Объединившись на светоделителе 3,оба пучка интерферируют и поступают в регистратор 6 интерференционной картины.

Регистрируемая интерференционная картина несет информацию об ошибках формы контролируемой поверхности 9.

Поворотом платформы 7 устанавливают требуемую чувствительность измерений, которая определяется углом падения пучка лучей на поверхность

9. При этом цена одной интерференционной полосы равна P (gg q j1 где — длина волны используемого излучения.

Отраженная зеркальная составляющая параллельного пучка лучей,падающего на шлифованную поверхность со средней высотой микронеровностей

Ъ, возникает при угле падения определяемом выражением со51 = (Q, а интенсивность зеркальной составляющей увеличивается с увеличением угла падения пучка на шлифованную поверхность. Поэтому платформу 7 поворачивают в такое положение, при котором интенсивность зеркальной составляющей отраженной от контролируемой поверхности 9 принимает минимально допустимое значение, достаточное для регистрации интерференционной картины, получая тем са911143 мым максимально возможную, для данной высоты минронеровностей Ь0, поверхности 9 ° чувствительность измерений. Для обеспечения максимально возможного контраста регистрируемой 5 интерференционной картины отражатель

5 поворачивают в такое положение, при котором интенсивность выходящего из него пучка лучей принимает значение, равное интенсивности зеркальной составляющей (изменение ин-, тенсивности происходит эа счет изме° нения коэффициентов отражения зеркал отражателя 5, обусловленного изменением углов падения на них пучка лучей при повороте отражателя 5).

Предлагаемое устройство позволяет также оценить и среднюю высоту микронеровностей h p контролируемой 20 поверхности 9. Для этого пучок лучей, поступающий в отражатель 5, перекрывают непрозрачным экраном (экран показан пунктиром), а платФорму 7 поворачивают в положение,при 25 котором интенсивность. зеркальной составляющей близка к нулю. Затем измеряют угол 1о падения пучка лучей на контролируемую поверхность 9, а величину средней высоты иикронеров- 30 ностей Ьср определяют по формуле

1i

Л

СР cos io

3S

Снабжение известного интерферо" метра светоделителем 3 и двухзеркальным обратным отражателем 5 позволяет повысить точность контроля плоских шлифованных поверхностей изделий 40 за счет обеспечения максимально возможной, для данной высоты микронеровностей, чувствительности контроля и максимально высокого контраста регистрируемой интерференционной картины.

Формула изобретения

Интерферометр для контроля формы плоских шлифованных поверхностей изделий, содержащий осветительную систему, выполненную в виде устанав" ленных один за другим источника когерентного излучения и формирователя плоского волнового фронта, ппатформу, установленную с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оптической оси осветительной системы, и предназначенную для размещения йа ней изделия с возможностью ориентации его контролируемой поверхностью параллельно оси noeopo" та платформы, плоское зеркало и регистратор интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, он снабжен светоделителем, установленным за осветительной сис" темой так, что он делит выходящее из нее излучение на два пространственно-разнесенных пучка, и двухзеркальным обратным отражателем, размещенным в ходе лучей одного из пучков с возможностью поворота вокруг оси, параллельной его ребру и перпендику-, лярной оси этого пучка, плоское зеркало установлено на платформе параллельно оси ее поворота в ходе лучей другого пучка с возможностью ориентации зеркала перпендикулярно контролируемой поверхности изделия, а двухзеркальный отражатель ориентирован так, что оба пучка поступают в регистратор интерференционной картины объединенными.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кривовяэ Л.И., Пуряев Д.Т,, Знаменская И.А. Практика оптической измерительной лаборатории. М., "Иашиностроение", 1976, с. 78-80.

2. AppI. Opt. Vo?. 17, И 5, 1978, р. 740-743 (прототип).