МЕТОД КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ВЫПУКЛЫХ ОПТИЧЕСКИХ СФЕРИЧЕСКИХ И АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING THE SHAPE OF CONVEX OPTICAL SPHERICAL AND ASPHERICAL SURFACES AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технологиям получения топографической карты поверхности интерференционным методом и позволяет контролировать форму выпуклой сферической поверхности (СП) или выпуклой асферической поверхности (АП).
Известны интерференционные приборы для измерений отклонений формы АП, в которых за счет использования компенсатора формируется интерференционная картина, которая несет в себе информацию об отклонениях формы контролируемой АП [патент RU 2396513, патент US 9279667]. При этом компенсатор представляют собой линзовый, зеркальный или голографический элемент, который преобразует плоский или сферический волновой фронт в асферический, совпадающий с теоретической формой контролируемой АП. Недостатком является то, что компенсатор рассчитывается и изготовляется для контроля конкретной АП, а для контроля АП с другими параметрами требуется изготавливать и использовать новый компенсатор.
Кроме того, при контроле формы выпуклых АП компенсаторы имеют размеры, превышающие размеры контролируемой области зеркала [1, 2]. Это существенно увеличивает стоимость контролируемой выпуклой АП, а при контроле зеркал диаметром более 1 м это приводит к необходимости контроля по частям с последующей «сшивкой» интерферограмм, полученных от разных участков контролируемой выпуклой поверхности (КВП) (метод переналожений [1, 2]), что в свою очередь влечет потерю точности.
Поэтому разработка универсального метода контроля выпуклых АП и СП, не требующего применения крупногабаритных вспомогательных оптических элементов, является актуальной задачей.
В качестве аналога целесообразно взять установку для контроля выпуклых АП, схема которой описана в патенте [3], решающую задачу получения топографической карты выпуклых и вогнутых СП и АП за счет того, что монохроматический пучок параллельных лучей направляют на КВП так, что часть пучка отражается от КВП, образуя объектный пучок, а часть - проходит мимо КВП и образует опорный пучок, который взаимодействуя с объектным пучком, образует интерферограмму, представляющую собой систему дуг, эквидистантных профилю контролируемой поверхности, лежащем в сечении, перпендикулярном направлению распространения светового пучка. Интерферограмма проецируется с помощью объектива на приемник излучения. Измеряя параметры интерферограммы, получают профиль КВП.
Недостатком этой установки является то, что размер интерферограммы равен диаметру КВП. При контроле поверхностей малого диаметра (до 30 мм) интерферограмму можно спроецировать на приемнике в масштабе 1:1; при контроле поверхностей более 30 мм следует либо уменьшить изображение интерферограммы, либо проецировать ее участки на разные приемники излучения; оба эти подхода приведут к снижению точности контроля.
Задачей изобретения является устранение недостатков известных решений.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретений, является возможность получения топографической карты произвольных выпуклых СП или АП оптических деталей (линз, зеркал).
Указанный технический результат достигается за счет того, что монохроматический пучок параллельных лучей направляют на контролируемую выпуклую поверхность так, что часть пучка отражается от контролируемой поверхности, образуя объектный пучок, а часть - проходит мимо контролируемой поверхности и образует опорный пучок, который взаимодействуя с объектным пучком, образует интерферограмму в виде системы дуг, закон изменения ширины которых однозначно определяется формой контролируемой поверхности. Ось симметрии контролируемой сферической или асферической поверхности ориентируется перпендикулярно направлению распространения параллельного пучка лучей, за счет чего поперечный размер пучка лучей определяется не диаметром контролируемой поверхности, а ее крутизной, то есть углом между осью симметрии и нормалью к краю контролируемой поверхности, что дает возможность контролировать выпуклые поверхности большого диаметра без применения вспомогательных оптических деталей, размеры которых превышают размеры контролируемых поверхностей.
В части устройства технический результат достигается за счет того, что устройство для контроля формы выпуклых оптических сферических и асферических поверхностей, состоит из оптически связанных и расположенных последовательно: коллиматора, объектного узла с контролируемой выпуклой поверхностью и регистрирующего узла, при этом коллиматор размещен таким образом, что сформированный им пучок параллельных лучей перпендикулярен оси симметрии контролируемой выпуклой поверхности, причем последняя размещена на прецизионном поворотном столе; регистрирующий узел состоит из микрообъектива и матричного приемника излучения, установленных с возможностью перемещения вдоль оси симметрии контролируемой выпуклой поверхности.
Дополнительно перед регистрирующим узлом устанавливают штриховую меру длины.
Изобретение поясняется чертежом.
На Фиг. 1 показана структурно-функциональная оптическая схема устройства, где 1 - коллиматор, 2 - прецизионный поворотный стол, 3 - КВП, 4 - штриховая мера, 5 - линейный транслятор, 6 - микрообъектив, 7 - матричный приемник излучения.
Изобретение может быть реализовано на основе устройства, состоящего из оптически связанных и расположенных последовательно: коллимирующего устройства (1), объектного узла (II), состоящего из контролируемой детали 3 и поворотного стола 2, и регистрирующего узла (III), состоящего из микрообъектива (6) и матричного приемника излучения (7).
Отличием изобретения является то, что регистрирующий узел состоит из микрообъектива 6 и матричного приемника излучения 7, которые перемещаются по линейному транслятору 5 вдоль оси симметрии КВП, а объектный узел (II) включает прецизионный поворотный стол 2.
В предпочтительном варианте осуществления в состав системы регистрации III устанавливают штриховую меру длины 4.
Устройство работает следующим образом.
Пучок параллельных лучей, формируемый коллиматором, направляют перпендикулярно оси симметрии контролируемой КВП (3), расположенной на прецизионном поворотном столе (2). Одна часть пучка (предметная), отражается от КВП и направляется на микрообъектив (6), а другая (опорная) распространяется, не взаимодействуя с КВП. Опорный и объектный пучки интерферируют, причем интерференционная картина наблюдается в плоскости, перпендикулярной направлению распространения опорного пучка и параллельной оси симметрии КВП. Исследуется сечение интерферограммы плоскостью, содержащей ось симметрии КВП и параллельной направлению распространения излучения, сформированного коллиматором. Закон распределения ширины полосы в этом сечении интерферограммы однозначно определяется формой профиля КВП, лежащего в этом же сечении.
Измерения происходят в несколько этапов - сначала сканируется профиль КВП (3) вдоль оси симметрии КВП, затем при помощи прецизионного поворотного стола (2) КВП поворачивается и выполняются измерения по множеству сечений КВП (3). Полученные топографии всех сечений сшивают в единую топографическую карту, чем достигается поставленный технический результат.
Источники информации
1. Пуряев Д.Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей. М.: Машиностроение, 1976. 262 с.
2. Оптический производственный контроль / под ред. Д. Малакары: пер. с англ. Е.В. Мазуровой и др.; Под ред. А.Н. Соснова. М.: Машиностроение, 1985. 400 с.
3. Способ измерения профиля оптических поверхностей: а.с. 1044969 СССР, МКИ G01B 11/24. / Д.Т. Пуряев (СССР) №3467407.25-28; Заявлено 09.07.82; опубл. 30.09.83, Бюлл. №36. 3 с.