УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА СФЕРИЧЕСКИХ ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Предлагаемая полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для измерения радиуса сферических полированных поверхностей и может быть использована при контроле оптических деталей как в процессе их изготовления, так и после него.
Известно устройство [1] для измерения радиусов полированных сферических поверхностей с помощью пробных стекол методом подсчета колец Ньютона. Измерение отклонения радиуса полированной поверхности от эталонного осуществляется интерференционным способом путем наложения рабочего пробного стекла на деталь. Между поверхностями детали и рабочего пробного стекла возникает интерференционная картина, по которой судят о характере и величине отклонения кривизны.
Известное устройство [1] предусматривает обязательное изготовление пробного стекла пробного стекла и не пригодно для контроля деталей с высокими требованиями к чистоте поверхности, так как при наложении пробного стекла на деталь возможно нанесение мелких царапин на поверхность контролируемой детали.
Известна также измерительная машина [2], предназначенная для измерения радиуса вогнутых сферических поверхностей. Машина состоит из станины с направляющими по которым перемещается передняя бабка с визирным и отсчетным микроскопами. Задняя бабка закреплена на станине. В держателе задней бабки устанавливается измеряемое вогнутое стекло. Радиус кривизны поверхности определяется как разность отсчетов по шкале прибора при наведении визирного микроскопа на резкое изображение вогнутой поверхности и на резкое автоколлимационное изображение сетки визирного микроскопа.
Недостатком известного устройства [2] является то, что оно пригодно только для измерения радиусов вогнутых поверхностей. Кроме того, величина измеряемого радиуса ограничивается величиной перемещения поверяемой детали.
Известен кольцевой сферометр [3], предназначенный для измерения радиусов кривизны пробных стекол. В корпусе сферометра находится измерительный стержень с прикрепленной к нему стеклянной шкалой. Под действием противовеса измерительный стержень стремится занять наивысшее положение и прийти в соприкосновение с контролируемой деталью, размещенной на трех шариках кольца. Помещая на шарики кольца сначала плоскопараллельную пластинку, а затем измеряемую деталь и, сделав отсчет по шкале, определяют стрелку прогиба сферы. Зная величину стрелки прогиба, а также радиус шарика, можно вычислить радиус как вогнутой, так и выпуклой поверхности сферы.
Недостатком известного устройства [3] является то, что на этом приборе отсутствует возможность одновременно с измерением радиуса сферы осуществлять контроль формы сферической поверхности.
Указанные недостатки устранены в известном интерферометре [4], конструкция которого позволяет измерять не только радиус сферы полированной поверхности, а осуществлять также контроль формы сферической поверхности. По своей технической сущности интерферометр [4] является наиболее близким к предлагаемой полезной модели, в связи с чем он выбран в качестве прототипа.
Оптическая схема прототипа представлена на фиг.1. Интерферометр [4] содержит установленное на горизонтальном столе автоколлимационное устройство с источником излучения и другими элементами, необходимыми для формирования плоского волнового фронта. Далее вдоль оси контроля располагается интерферометрическая насадка и устройство для установки контролируемой детали, имеющее возможность перемещения вдоль оси контроля. Интерферометрическая насадка снабжена эталонной сферической поверхностью. В процессе измерения радиуса полированной поверхности центр кривизны «O» эталонной поверхности совмещается поочередно с центром сферы контролируемой детали и с поверхностью сферы. С помощью специального устройства или, например, с помощью измерительной шкалы величина перемещения «L» контролируемой детали замеряется. Радиус измеряемой сферической поверхности равен величине перемещения детали «L» (см. фиг.1). Таким образом, в интерферометре [4] величина измеряемого радиуса ограничивается величиной перемещения детали.
Существенными недостатками известного интерферометра (как и других) являются:
- невозможность измерений на рабочем месте;
- невозможность измерений деталей, обрабатываемых блоком;
- длительность настройки и процесса измерения;
- необходимость последующих вычислений;
- громоздкость устройства, наличие сложных настроечных механизмов и высокоточных насадок, что делает высокой стоимость подобных приборов.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание возможности измерения радиуса кривизны поверхности изготавливаемой детали на рабочем месте, возможности измерения деталей, обрабатываемых блоком, сокращение длительности процесса измерения, упрощение конструкции прибора и уменьшение его габаритов.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для измерения радиуса сферических полированных поверхностей, которое, как и прототип, содержит расположенные вдоль оси контроля автоколлимационное устройство, интерферометрическую насадку с выпуклой или вогнутой эталонной сферической поверхностью и устройство для установки контролируемой детали.
В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве положительная линза для создания параллельного сходящегося или расходящегося пучка лучей автоколлимационного устройства подвижно установлена вдоль оптической оси, интерферометрическая насадка выполнена в виде пробного стекла, а устройство для установки контролируемой детали выполнено в виде неподвижных упоров, жестко закрепленных на пробном стекле таким образом, что при опоре на них центра сферических поверхностей пробного стекла и измеряемой детали совпадают, а расстояние между измеряемой поверхностью детали и эталонной поверхностью пробного стекла не превышает 5 мм.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что выполнение интерферометрической насадки в виде пробного стекла, а устройства для установки контролируемой детали - в виде неподвижных упоров, жестко закрепленных на пробном стекле таким образом, что при опоре на них центров сферических поверхностей пробного стекла и измеряемой детали совпадают, а расстояние между измеряемой и эталонной поверхностями не превышает 5 мм, позволило упростить конструкцию устройства, т.е. по сравнению с прототипом в устройстве отсутствуют такие механизмы: как механизм центрирования, перемещения и измерения этого перемещения контролируемой детали.
Кроме того, положительная линза для создания параллельного сходящегося или расходящегося пучка лучей автоколлимационного устройства подвижно установлена вдоль оптической оси.
Такое конструктивное решение устройства позволило разделить его на две части, одна из которых является измерительной, а другая -наблюдательной.
Измерительная часть устройства включает в себя пробное стекло с упорами и переходной втулкой, является сменной и однажды настраивается отдельно на сферическую поверхность конкретного радиуса.
Наблюдательная часть устройства является постоянной и включает в себя автоколлимационное устройство и дисплей для регистрации изображения.
Выполнение интерферометрической насадки в виде пробного стекла стало возможным вследствие ограничения максимального расстояния между эталонной и контролируемой поверхностями до 5 мм, что позволило устранить аберрационные погрешности, вносимые плоской поверхностью пробного стекла.
Расстояние между сферическими поверхностями пробного стекла и эталонной поверхностью номинального радиуса выставляется с помощью наблюдательной части устройства или другого интерферометра с точностью 0,2 интерференционного кольца и в этом положении на пробном стекле закрепляются упоры.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленную задачу, а именно: возможность измерять радиус кривизны поверхности изготавливаемой детали на рабочем месте, возможность измерения деталей, обрабатываемых блоком, сокращение длительности процесса измерения, упрощение конструкции прибора и уменьшение его габаритов.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг.2 - представлена принципиальная схема предлагаемого устройства для измерения радиусов сферических поверхностей любого размера и знака.
Устройство для измерения радиуса сферических полированных поверхностей содержит корпус 1, в который вмонтировано автоколлимационное устройство, состоящее из источника света 2, полупрозрачной пластины 3 и подвижного вдоль оси объектива 4, задачей которого является сопряжение источника света 2 с центром сферической поверхности пробного стекла 5.
В корпус 1 устанавливается интерферометрическая насадка, выполненная в виде пробного стекла 5. Пробное стекло 5 устанавливается на контролируемую (или эталонную) поверхность 6 с помощью устройства для установки контролируемой детали, которое выполнено в виде неподвижных упоров 7 и втулкой 8.
Неподвижные упоры 7 жестко закреплены на пробном стекле 5 таким образом, что при опоре на них центра сферических поверхностей пробного стекла 5 и измеряемой детали совпадают, а расстояние между измеряемой поверхностью детали и эталонной поверхностью 6 пробного стекла 5 не превышает 5 мм.
Интерференционная картина рассматривается на дисплее 9. Возможно выполнение конструкции с матовым стеклом вместо дисплея.
Электрическое питание устройства производится от источника постоянного тока 10.
Для производства измерения предлагаемое устройство устанавливается опорами 7 на контролируемую (или эталонную) поверхность 6.
Измерение радиуса сферической полированной поверхности осуществляется следующим образом.
Источник света (фиг.2) создает расходящийся пучок лучей с длиной когерентности не менее 10 мм. Объектив 4, в зависимости от его фокусного расстояния и положения вдоль оси, преобразует пучок лучей с требуемой сходимостью, в зависимости от величины и знака радиуса сферической поверхности и пробного стекла 5 для сопряжения ее центра с источником света 2.
При наложении устройства на контролируемую поверхность между сферическими поверхностями пробного стекла 5 и контролируемой поверхностью возникает интерференционная картина, которая рассматривается на дисплее 9 (или матовом стекле).
По разности картин, возникающих от наложения устройства на эталонную поверхность и контролируемую 6 судят о величине отступления контролируемой сферы от эталонной (т.е. измерения аналогичны измерениям пробным стеклом).
Таким образом, благодаря жесткого закрепления неподвижных упоров на пробном стекле на таком расстоянии от сферической поверхности, что при установке пробного стекла этими неподвижными опорами на сферическую эталонную поверхность номинального радиуса центры сферических поверхностей совпадают, стало возможным значительно упростить конструкцию устройства, превратив его в мобильный накладной измерительный инструмент, позволяющий использовать его в процессе изготовления линз подобно пробному стеклу, исключив недостатки пробного стекла и сохранив преимущества бесконтактного метода контроля, а именно:
- отпала необходимость тщательной подготовки поверхности, необходимой при наложении пробного стекла;
- не повреждается контролируемая поверхность;
- не повреждается сферическая поверхность пробного стекла, тем самым устраняется необходимость воспроизводства пробных стекол;
- устраняется необходимость изготавливать вновь пробные стекла по мере поступления новых радиусов, т.е. возможность применять пробные стекла, отличающиеся по величине радиуса от номинального до 5 мм.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. А.В.Сулим. Производство оптических деталей. - М.: «Высшая школам. - 1975, сс.93-97, рис.31.
2. М.Д.Мальцев, Г.А.Каракулина, Прикладная оптика и оптические измерения. - М.: «Машиностроение». - 1968, с.415, рис.25.1
3. М.Д.Мальцев, Г.А.Каракулина, Прикладная оптика и оптические измерения. - М.: «Машиностроение». - 1968, сс.415-416, рис.25.2.
4. Интерферометр. Модель Mark 111, Техническое описание, 1986 г. - прототип.