Способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре

 

Союз Советсиик

Социапистичесник

Респубпни

ОЛ ИСАНИЕ

И 306РЕТЕН ИЯ

К А9ТОРСКО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц935704 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 19. 04. 78 (21) 2607180/25-28 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15. 06.82. Бюллетень М.22

Дата опубликования описания 15.06 .82 (51)A%. Кл., G 01 В ll/24

G 0l В 9/02

ГаеударстеаеыИ кенитет

СССР

II0 делан изебретеиий и открытий (53) УДК 531 715. 1 (О 88. 8) ВФ

В.А. Горшков, Д.Т.Пуряев, Е.И.Лозбенев, В .Кряхтунов и О.Н.Фомин (72 ) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ

ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ НА НЕРАВНОПЛЕЧЕМ ЛАЗЕРНОМ

ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам контроля формы поверхностей оптических деталей, и может быть использовано в производстве, занятом изготовлением преимущественно крупногабарит.

5 ных оптических деталей, а также де талей с поверхностями знакопеременной кривизны.

Известен способ контроля формы

10 поверхностей оптических деталей с помощью пробного стекла 51).

Недостатком такого способа является невозможность контроля поверхностей крупногабаритных. оптических

IS деталей, а также низкая производител ь наст ь, которая определяет ся, в основном временем выдержки йробного стекла на контролируемой поверхности для уравнения температуры помещения, детали и пробноro стекла.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре, заключающийся в том, что,создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхности, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным, анализируют интерференционную картину, по которой судят о деформации и знаке деформации формы конт ролируе. мой поверхности (2 3.

Недостатком известного способа является малая производительность, которая определяется, в основном, временем наиболее сложной и трудоемкой операции по определению знака контролируемого параметра. Послед" нее объясняется необходимостью анализа изменяющейся интерференционной картины в процессе изменения кривизны рабочего или опорного волнового

93570

30 фронта. Наиболее полно этот недостаток проявляется при контроле крупно. габаритных оптических деталей.

Цель изобретения — упрощение определения знака деформации формы контролируемой поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем 1в лазерном интерферометре, заключающемуся в том, что создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхностй, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным, анализируют интерференционную картину щ по которой судят о деформации и знаке деформации формы контролируемой поверхности, рабочий волновой фронт локально деформируют в радиальном направлении на величину Ь < - -, где

3.

А — длина волны источника света, путем введения в него оптической фазовой неоднородности.

Следствием локальной деформации опорного или рабочего волнового фронта является наличие на интерференционной картине скачков, направление которых определяет знак контролируемой погрешности, а именно, если локальная деформация волного фронта

35 представляет собой "бугор", то скачок интерференционной полосы направлен в сторону "ямы", и наоборот.

Таким образом, отпадает необходимость анализа изменяющейся интерференцион40 ной картины в процессе изменения кривизны опорного или рабочего волнового фронта. В том случае, если волновой фронт локально деформирован на величину Ь (C, где А — дли.—

Х

15 на волны излучения источника света, так, что меньшая величина деформаций приходится на зоны, граничащие с недеформированным волновым фронтом, то скачки интерференционных полос. имеют яр со выраженный направленный характер, а их величина равна половине ширины интерференционной полосы, что позволяет надежно следит ь эа направлением скачков даже при сложном характере интерференционной картины.

На фиг. 1 приведена схема устанорки, реализующей способ контроля фор4 4 мы асферических поверхностей крупногабаритных оптических деталей! на фиг. 2 — вид оптической фазовой неоднородности (просветляющее покрытие), нанесенной на одну из поверхностей линз корректора (вид А на фиг. 1); на фиг. 3, 4, 5 - изменение величины локальной деформации волнового фронта при прохождении им рабочей ветви установки, схема которой приведена на фиг. 1.

Способ реализуется следующим образом.

Создают от лазерного источника 1 света с помощью оптических элемен" тов 2 интерферометра опорный (на фиг. 1 не показан} и сферический волновой фронт 3, .Преобразуют послед ний с помощью корректора 4 волнового фронта в асферический волновой фронт 5, форма которого, совпадает с теоретической формой контролируемой поверхности 6. При прохождении волнового фронта через оптическую систему корректора 4 его локально деформируют с помощью оптической фазовой неоднородности 7, расположенной на одной из поверхностей линз корректора. В результате выходящей из корректора вол. новой фронт 5 имеет локально деформированную на величину Ь „ „ зону, как показано на фиг. 3. Направляют асферический волновой фронт 5 по нормалям к контролируемой поверхности 6.

При отражении от нее знак локальной деформации волнового фронта 5 меняется на обратный, т.е. величина локальной деформации становится равной

- Ь (фиг. 4). Отраженный от контролируемой поверхности 6 волновой фронт 5 преобразуют корректором 4 в сферический волновой фронт 3. При прохождении волнового фронта через корректор 4 оптическая фазовая неоднородность, размещенная на одной из его поверхностей, вызывает вторичную деформацию волнового фронта в ранее деформированных зонах, поэтому вели . чина его локальной деформации становится равной -2llr!, y как показано на фи г. 5.

Объединяют с помощью оптических элементов 2 интерферометра опорный и сферический 3 волновые фронты и наблюдают интерференционную картину в плоскости, оптически сопряженной с контролируемой поверхностью. По количеству интерференционных полос определяют величину отступлений фор5 93 мы контролируемой поверхности от расчетной (одна интерференционная полоса )соответствует ошибкс величиной Х

> где Л вЂ” длина волны излучения используемого лазера) .

По направлению скачков интерференционных полос: определяют знак контролируемой ошибки. Лучи света, отраженные от точек контролируемой поверхности, оптически сопряженных с точками одной и той же интерферен— ционной полосы, имеют одинаковую оптическую длину пути при двойном прохождении рабочей ветви интерферомет.ра. Если локальная фаэовая неоднородI ность помещанная в рабочую ветвь

l и нтерферометра, при водит, например, к опережению участка волнового фрон, та (фиг. 3); падающего на контролируемую поверхность, что соответствует наличию "бу ра" на нем, то точки контролируемой поверхности, соответствующие интерференционной полосе одного порядка, приходящиеся на де формированный участок волнового фронта, "занижены" по от ношению к остал ьным точкам этой же интерференционной полосы, т.е. если локальная деформация падающего на контролируемую поверхность волнового фронта представляет собой "бугор", то скачок интерференционной полосы направлен в сторону "ямы", и наоборот.

Оптическая фазовая неоднородность может быть выполнена в виде просветляющего покрытия толщиной d п с> нанесенного на одну иэ поверхностей линз корректора 4 так, что на ней имеются три радиально расположенные зоны 8 шириной L 1 мм, толщина покрытия Ф внутри которых переменна по их ширине, и меняется от нуля в центре зоны до значения dô на краю по линейному закону (фиг. 2).

Поскольку Ь = n - о > где и показатель преломления просветляюще5704 6 го покрытия, то для выполнения, услол вия Ь4 — толщина покрытия Ф должна удовлетворять неравенству

5 < л

4П

Величину показателя преломления и ориентировочно можно принять равной 1,5. Для Не-Ne лазера с длиной волны излучения Л = 0,6328 мкм, 10 величина d 4 0,1 мкм.

Предложенный способ позволяет сократить время контроля формы и знака деформации формы поверхности крупногабаритных оптических деталей.

Формула изобретения

Способ контроля формы поверхности крупногабаритных оптических деталей на неравноплечем лазерном интерферометре, заключающийся в том, что создают опорный и рабочий волновой фронты, направляют рабочий волновой фронт по нормалям к контролируемой поверхности, деформируют кривизну рабочего волнового фронта, воспринимают отраженный от контролируемой поверхности волновой фронт, объединяют его с опорным, анализируют интерференционную картину, по которой судят о деформации и знаке деформации формы контролируемой поверхности, отличающийся тем,что, с целью упрощения определения знака деформации формы контролируемой поверхности, рабочий волновой фронт

3s локально деформируют в радиальном направлении на величину Л(—, Л

Ф гдето - длина волны источника света, путем введения в него оптической фазовой неоднородности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коломийцов 6. В. Интерферометры

Л., "Машиностроение", 1976, с. 195, ! 96, 204.

2. Там же, с. 215-216 (прототип) .