УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЗЕРКАЛ

Данное предложение относится к измерительной технике и предназначено для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных оптических деталей, преимущественно особо точных астрономических зеркал.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности и достоверности контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных оптических деталей, преимущественно особо точных астрономических зеркал, за счет исключения влияния астигматизма на точность контроля плоской поверхности и получения реальной топографии контролируемой поверхности, а также расширение функциональных возможностей устройства контроля.
Примером подобного решения является известное устройство контроля формы поверхности плоских зеркал по схеме с двойным прохождением лучей и с помощью вогнутой сферической эталонной предварительно аттестованной поверхности с использованием схемы Ричи-Коммона (1), которое содержит оптически связанные интерферометр с точечным источником света и установленные в рабочей ветви интерферометра эталонное, предварительно аттестованное вспомогательное вогнутое сферическое зеркало и контролируемое плоское зеркало, закрепленные в базировочных приспособлениях, снабженных механизмами юстировочных перемещений последних, причем контроль производится из центра кривизны сферического эталонного вспомогательного зеркала. Плоское зеркало, имеющее вогнутость или выпуклость, вызывает в наклонном пучке света появление астигматизма.
Установленный в рабочей ветви интерферометра оптический компонент - объектив создает точечный источник света в центре кривизны S сферического эталонного зеркала. Сферический волновой фронт гомоцентрического расходящегося пучка после отражения от контролируемого зеркала падает на вогнутое сферическое вспомогательное зеркало причем наличие гомоцентрического расходящегося из объектива пучка накладывает на используемое сферическое эталонное вспомогательное зеркало требование увеличения его габаритов по сравнению с контролируемым плоским зеркалом и может быть отнесено к недостаткам данной схемы контроля.
Отраженные сферическим зеркалом лучи вторично отражаются контролируемым зеркалом и влияние его ошибок удваивается. После этого лучи вновь собираются в точке S интерферометра. Небольшая кривизна контролируемого зеркала вызывает появление астигматизма.
Процесс контроля в данном случае усложняется, ибо его необходимо производить два раза, так как остаточная кривизна на плоском зеркале воспринимается как астигматизм и, чтобы отделить действительный астигматизм от кривизны плоского зеркала необходимо контролировать зеркало при разных углах падения света, например устанавливая контролируемое зеркало в базировочном приспособлении под углом 30° и 60° и производить сравнение полученных результатов. Математическое обеспечение в этом случае позволяет получить реальную топографию контролируемого плоского зеркала.
Основным недостатком, заложенной в данном устройстве схемы контроля является как было отмечено выше то, что появление астигматизма снижает точность контроля формы, а необходимость отделить действительный астигматизм от кривизны плоского зеркала требует контролировать зеркало при разных углах падения света. Это значительно усложняет процесс контроля.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных оптических деталей, преимущественно особо точных астрономических зеркал, позволяющего повысить точность контроля плоских оптических поверхностей, упростить процесс их контроля, а также расширить функциональны возможности устройства контроля.
Техническим результатом предлагаемого устройства является максимальное устранение влияния явления астигматизма на точность контроля формы плоского зеркала, упрощение процесса получения реальной топографии контролируемой поверхности плоского зеркала, а также расширения функциональных возможностей самого устройства контроля благодаря использования в схеме контроля поверхности плоского зеркала как сферического, так и внеосевого асферического эталонных предварительно аттестованных вспомогательных зеркал.
При этом использование двояковогнутого эталонного вспомогательного зеркала с расположенными на его противоположных сторонах соответственно сферической и внеосевой асферической поверхностями значительно упрощает перенастройку устройства в процессе контроля простым разворотом зеркала на 180 и снижает расходы на его изготовление благодаря использованию всего одной оптической заготовки.
Технический результат достигается тем что:
- эталонное вспомогательное зеркало выполнено двояковогнутым с расположенными на его противоположных сторонах соответственно сферической и внеосевой асферической поверхностями и установлено в базировочном приспособлении с возможностью поворота на 180° вокруг оси в его диаметральной плоскости при размещении в рабочей ветви интерферометра той или иной его поверхности;
- внеосевая асферическая поверхность эталонного вспомогательного зеркала выполнена в виде внеосевой параболической поверхности;
- внеосевая параболическая поверхность эталонного вспомогательного зеркала размещена в рабочей ветви интерферометра, причем сменный оптический компонент выполнен в виде объектива и создает точечный источник света в фокусе внеосевой параболической поверхности эталонного вспомогательного зеркала.
При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо аналогичных технических решений, касающихся предложенных вариантов выполнения его.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию “НОВИЗНА”.
Сущность заявленного устройства для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных зеркал с использованием в схеме контроля двояковогнуого вспомогательного зеркала поясняется иллюстрациями, где:
- на Рис. 1. представлена принципиальная схема предлагаемого устройства со встроенной в схему контроля сферической поверхностью вспомогательного зеркала;
- на Рис. 2, представлена принципиальная схема предлагаемого устройства со встроенной в схему контроля внеосевой параболической поверхностью вспомогательного зеркала.
Устройство для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных оптических деталей содержит оптически связанные интерферометр I, включающий в себя источник монохроматического излучения 1, телескопическую систему 2, светоделитель 3, эталонное зеркало в референтном канале 4, объектив сопряжения 5 для наблюдения интерференционной картины, сменный оптический компонент в рабочей ветви 6, вспомогательное двояковогнутое зеркало 7 с эталонной сферической поверхностью 8 и эталонной внеосевой асферической поверхностью 9, закрепленное в базировочном приспособлении, позволяющем разворачивать его на 180° вокруг оси в диаметральной плоскости и снабженное механизмом котировочных перемещений. Контролируемое плоское зеркало 10 закреплено в базировочном приспособлении, позволяющем заклонять его по отношению к эталонному двояковогнутому зеркалу и снабженное механизмом котировочных перемещений.
Эталонное вспомогательное зеркало 7 размещается своей сферической поверхностью 8 в рабочей ветви интерферометра и ориентировано так, что центр кривизны Ro сферической поверхности совмещен с точечным источником излучения 2, при этом контролируемое зеркало 10 размещено перед эталонным вспомогательным зеркалом 7 и установлено под углом к оптической оси его сферической поверхности 8.
Работает предложенное устройство для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных оптических зеркал следующим образом:
Осветитель, состоящий из источника света 1, телескопической системы 2, светоделителя 3, создает плоский волновой фронт монохроматического излучения, сменный оптический компонент 6, выполненный в виде объектива, преобразует плоский волновой фронт в сферический, формируя точечный источник света в центре кривизны Ro эталонной сферической поверхности 8 (Рис. 1).
Сферический волновой фронт после отражения от контролируемого плоского зеркала 10 падает на сферическую эталонную поверхность 8, расположенную под углом к контролируемому плоскому зеркалу 10. Отраженные сферическим зеркалом лучи вторично отражаются контролируемым зеркалом 10 и величина его ошибок удваивается. Затем лучи собираются в центре кривизны Ro сферического зеркала и преобразуются объективом 6 в плоский волновой фронт. Этот фронт интерферирует с эталонным плоским волновым фронтом, отраженным от эталонного плоского зеркала 7 интерференционная картина наблюдается с помощью объектива сопряжения 5.
Затем контролируемое зеркало 10 устанавливается под другим углом относительно эталонной сферической поверхности 8 и процедура контроля повторяется.
Математическая обработка двух результатов контроля позволяет построить достоверную топографическую карту поверхности плоского зеркала 10 с указанием его кривизны и имеющегося астигматизма.
Затем эталонное зеркало 7 разворачивается на 180° вокруг оси в диаметральной плоскости, а интерферометр I устанавливается таким образом, что сменный оптический элемент 6 выполненный в виде объектива, преобразует плоский волновой фронт в сферический, формируя точечный источник света в фокусе F внеосевой асферической поверхности 9 (Рис. 2).
При этом внеосевая асферическая поверхность 9 эталонного вспомогательного зеркала 7 выполнена в виде внеосевой параболической поверхности.
При этом внеосевая параболическая поверхность 9 преобразует сферический волновой фронт в плоский волновой фронт, который, отразившись от контролируемого плоского зеркала 10, вторично отражается от эталонной внеосевой параболической поверхности 9. Отраженные лучи собираются в фокусе F внеосевого параболического зеркала 7 и преобразуются объективом 6 в плоский волновой фронт. Этот фронт интерферирует с эталонным плоским волновым фронтом, отраженным от эталонного зеркала 7. Интерференционная картина наблюдается с помощью объектива сопряжения 5. Полученная интерференционная картина содержит полную информацию о состоянии контролируемой плоской поверхности.
Сравнение двух результатом контроля - с применением сферической эталонной поверхности и внеосевой параболической поверхности, позволяет более надежно определить состояние контролируемого плоского зеркала и избежать возможных методологических ошибок.
В АО «НПО «Оптика» была произведена на макете устройства для контроля формы плоских поверхностей крупногабаритных зеркал, которая продемонстрировала его указанные выше преимущества.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию
“ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ”. Информация, использованная при подготовке заявки:
1. “Оптический производственный контроль” под редакцией Д. Малакары, Москва, Машиностроение, 1985 г., с. 215-217, 253-255. (прототип)