УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДВУГРАННЫХ УГЛОВ ОПТИЧЕСКИХ ПРИЗМ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для прецизионного измерения двугранных углов зеркально-призменных элементов.
Известно устройство (RU №2431801 C1, 11.01.2010), содержащее поворотный столик и два автоколлиматора. Визирная ось первого автоколлиматора ориентирована перпендикулярно оси разворота столика. На неподвижном столике расположено угловое зеркало так, что одна из его граней ориентирована перпендикулярно визирной оси первого автоколлиматора и находится перед его входным окном, а вторая грань углового зеркала ориентирована перпендикулярно визирной оси второго автоколлиматора и находится перед его входным окном. В устройстве есть две шторки, расположенные перед окнами автоколлиматоров, съемные плоские зеркала для калибровки автоколлиматоров, расположенные между шторками и поворотным столиком, и основание, на котором расположены элементы устройства.
Для достижения точности измерений на данном устройстве требуется высокая стабильность взаимного углового положения автоколлиматоров во время всего цикла измерений. Особенно это сложно выдержать, если в автоколлиматорах имеются подвижные части, а в работе принимает участие оператор. Также практически невозможно иметь в распоряжении два идентично изменяющих свои оптические характеристики автоколлиматора (с одинаковым или с нулевым дрейфом). Все это влияет на точность измерений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство (RU №127902 U1, 13.12.2012), содержащее общее основание, на котором установлены автоколлиматор и поворотный столик. По ходу излучения автоколлиматора и под углом к оси излучения расположен светоделитель. По ходу отраженного от светоделителя излучения установлено плоское зеркало так, что его отражающая поверхность параллельна полупрозрачной поверхности светоделителя. По ходу излучения за зеркалом установлен клиновый компенсатор. По ходу прошедшего через светоделитель излучения автоколлиматора установлена система из двух плоских зеркал. Они ориентированы друг относительно друга под заданным углом в сагиттальной плоскости падающего на них излучения автоколлиматора и расположены под углом к оси излучения. По ходу излучения за плоским зеркалом и за системой из двух плоских зеркал установлены шторки, предназначенные для экранирования излучения автоколлиматора при проведении процесса измерения.
В описанном устройстве роль второго автоколлиматора выполняют светоделитель, зеркала и клиновой компенсатор. Использование единственного автоколлиматора повышает точность измерений, так как отсутствует некоррелированный дрейф характеристик второго автоколлиматора.
При проведении измерений углов многогранной призмы из оптически прозрачного материала, например прямоугольной куб-призмы, что является наиболее часто встречающимся случаем, в поле зрения автоколлиматора попадают блики от граней, противоположных тем, между которыми в данный момент ведется измерение угла. Дополнительные блики имеют одинаковую интенсивность с рабочими бликами и могут явиться причиной ошибочного снятия угловых отсчетов в автоколлиматоре.
Устранение дополнительных бликов возможно за счет нанесения отражающего покрытия на грани призмы, что в значительной степени снижает производительность процесса измерений. Так, по экспериментальным данным, однократный цикл измерений четырех углов призмы-куба занимает не более 4 минут, а процесс нанесения покрытий на четыре грани с учетом подготовки поверхностей для напыления слоя вещества и затем выдерживания в помещении, где проводятся измерения, занимает 8-10 часов.
Предлагаемое устройство позволяет устранить вышеуказанные недостатки при измерении двугранных углов зеркально-призменных элементов.
Достигаемый технический результат в заявляемом устройстве -повышение точности измерения двугранных углов оптических призм и повышение производительности процесса измерений.
Это достигается тем, что в устройство для измерения двугранных углов оптических призм, содержащем автоколлимационный измерительный прибор, перископическую светоделительную систему, поворотный столик и систему из двух плоских зеркал, введены дополнительные плоские зеркала, которые жестко сопряжены со стороны отражения с каждой боковой гранью измеряемой призмы, все дополнительные плоские зеркала выступают по одну сторону от основания измеряемой призмы, причем отражающие поверхности пары дополнительных плоских зеркал, расположенных напротив друг друга, ассиметричны относительно центральной оси симметрии призмы для обеспечения автоколлимационного хода излучения в системе из двух плоских зеркал.
Дополнительные плоские зеркала могут иметь отражающее оптическое покрытие.
На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения двугранных углов оптических призм. В состав устройства входят: автоколлимационный измерительный прибор 1, перископическая светоделительная система 2 со светоделителем 2а и зеркалом 2б, поворотный столик 3 и система из двух плоских зеркал 4а и 4б. На поворотном столике расположена измеряемая призма 5. Каждое из дополнительных плоских зеркал 6-9 жестко сопряжено с соответствующей гранью измеряемой призмы. Отражающие части поверхностей дополнительных плоских зеркал 6-9 расположены по одну сторону от основания измеряемой призмы 5.
Устройство работает следующим образом. Излучение автоколлимационного измерительного прибора 1 направляется на перископическую светоделительную систему 2, где происходит его разделение на два световых пучка. Излучение в первом канале проходит через светоделитель 2а и направляется на дополнительное плоское зеркало 6, жестко сопряженное с одной из боковых граней измеряемой многогранной призмы 5. Отраженное излучение от дополнительного плоского зеркала 6 направляется на плоское зеркало 4б. Излучение во втором канале отражается от светоделителя 2а, падает на зеркало 2б и, после отражения от него, направляется на дополнительное плоское зеркало 7, жестко сопряженное с одной из боковых граней измеряемой многогранной призмы 5. Отраженное излучение от дополнительного плоского зеркала 6 направляется на плоское зеркало 4а. Плоские зеркала 4а и 4б установлены так, что излучение, отраженное от них повторяет свой путь в обратном направлении и возвращается в автоколлимационный измерительный прибор 1. В поле зрения прибора 1 можно наблюдать два изображения его марки, полученные соответственно из первого и второго каналов. Угловыми разворотами плоских зеркал 4а и 4б располагают изображения марки на удобном для измерения расстоянии. После этого положения светоделителя 2а и зеркала 2б перископической системы 2 и плоских зеркал 4а и 4б фиксируют и не изменяют в течение всего цикла измерений. Производят измерение углового расстояния δ1 между изображениями марки при первом положении измеряемой призмы 5. Затем поворотный столик 3 с многогранной призмой 5 разворачивают вокруг вертикальной оси до момента, когда в поле зрения автоколлимационного измерительного прибора 1 можно будет наблюдать изображения марок в первом и втором каналах, полученные в результате отражения, в том числе, от дополнительных плоских зеркал 9 и 6 соответственно. Производят измерение углового расстояния δ2 между изображениями марки при втором положении измеряемой призмы 5.
Развороты столика 3 с призмой 5 и измерение углового расстояния 8; проводят до момента, когда призма 5 займет свое первоначальное положение.
i
Измеряемые двугранные углы α призмы 5 вычисляют по формуле
Дополнительные плоские зеркала 6-9, которые используются при измерениях, изготавливают один раз и могут входить в комплект измеряемого устройства, что повышает производительность измерений на устройстве в сравнении с прототипом. Перед измерениями их устанавливают на грани призмы с помощью оптического контакта. Таким образом, выступающие над основанием плоские поверхности зеркал полностью повторяют угловое положение граней призмы 5, являясь продолжением граней призмы. После измерений зеркала снимают. Для улучшения энергетических характеристик выступающие участки зеркал могут иметь отражающее оптическое покрытие.
i
В процессе измерений при одном положении призмы 5 излучение дважды (в прямом и обратном ходе) отражается от поверхностей дополнительных плоских зеркал. Это удваивает измеряемую величину углового расстояния δ. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерений.