Устройство для контроля торических поверхностей оптических деталей

анное предложение относится к измерительной технике и предназначено для интерференционного контроля качества торических поверхностей оптических деталей, преимущественно крупногабаритных особо точных зеркал.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности и достоверности контроля формы торических поверхностей крупногабаритных оптических деталей, преимущественно особо точных зеркал, а также повышение производительности контроля и расширение функциональных возможностей устройства контроля.
Примером подобного решения является известное устройство контроля торических поверхностей, выполненное в виде неравноплечего интерферометра, содержащего источник излучения - лазер, оптическую систему для формирования сферического волнового фронта, расположенную в переднем фокусе контролируемой поверхности и состоящую из расширителя пучка, объектива и компенсатора, юстировочный стол для расположения на нем контролируемой детали, и оптический блок для анализа, расположенный в заднем фокусе контролируемой поверхности волнового фронта, в оптическую систему которого входят светоделитель, эталонное зеркало (плоское), наблюдательная система-анализатор, объектив и компенсатор, который состоит из одной или двух цилиндрических линз, находящихся в непараллельном ходе лучей и размещен в расходящемся пучке лучей, причем последние выполнены с возможностью поворота вокруг оптической оси в противоположные стороны на равные углы. С помощью объектива параллельные лучи пучка преобразуются в расходящийся сферический волновой фронт, проходят цилиндрическую линзу и преобразуются ею в расходящийся торический волновой фронт, который попадает на подлежащую контролю торическую (вогнутую) поверхность по нормалям к любой ее точке и отражается ею обратно в систему "цилиндрическая линза-объектив", где в обратном ходе превращают отраженный от торической поверхности пучок лучей в параллельный и далее на светоделителе этот пучок отражается и направляется совместно с отраженным от эталонного зеркала в наблюдательную систему-анализатор, создавая в нем интерференционную картину, по виду которой - числу и конфигурации наблюдаемых интерференционных полос судят о качестве торической поверхности.
Такая конструкция неравноплечего интерферометра позволяет создать в нем торический волновой фронт и тем самым расширить его диапазон измерений.
Основными недостатками указанного устройства контроля являются:
- недостаточная точность, являющаяся следствием усложнения конструкции из-за необходимости использовать в схеме компенсатор - цилиндрические линзы, от точности изготовления которых значительно зависят результаты измерения.
Требования к точности формы цилиндрических линз-компенсаторов должны быть значительно выше, чем требования к точности формы контролируемой торической поверхности.
Использование цилиндрических линз-компенсаторов также ведет к усложнению процесса контроля, снижению его производительности, а также к удорожанию процесса контроля.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства для контроля формы торических поверхностей крупногабаритных оптических деталей, преимущественно особо точных зеркал, позволяющего повысить точность контроля торических оптических поверхностей, упростить процесс их контроля, а также повысить его производительность самого процесса контроля.
Техническим результатом предлагаемого устройства является исключение необходимости использования в схеме устройства контроля цилиндрических линз-компенсаторов и тем самым устранение влияния встраиваемых в схему устройства компенсаторов на точность и производительность процесса контроля.
Технический результат может быть достигнут тем, что устройство для контроля торических поверхностей оптических деталей, содержащее источник излучения - лазер, оптическую систему для формирования сферического волнового фронта, расположенную в переднем фокусе контролируемой поверхности и состоящую из объектива, юстировочный стол для расположения на нем контролируемой детали, и оптический блок для анализа, расположенный в заднем фокусе контролируемой поверхности волнового фронта, в оптическую систему которого входят светоделитель, эталонное зеркало и наблюдательная система- анализатор, снабжено дополнительно светоделительной пластиной, установленной между источником излучения - лазером и оптической системой для формирования сферического волнового фронта и оптически связанной также непосредственно с оптической системой оптического блока анализа через дополнительный объектив, установленный на входе оптического блока анализа так, что отраженное от ее поверхности лазерное излучение направлено на оптическую систему оптического блока для анализа, которая выполнена формирующей сферический волновой фронт, причем в ней светоделитель выполнен в виде куб-призмы, эталонное зеркало выполнено сферической формы и расположено так, что его центр кривизны совпадает с фокусом оптической системы.
Такое выполнение устройства контроля позволяет повысить точность и производительность контроля торических поверхностей.
При исследовании отличительных признаков исполнения описываемого устройства не выявлено каких-либо известных аналогичных технических решений, касающихся предложенных вариантов выполнения его.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "НОВИЗНА".
Сущность заявленного устройства для контроля торических поверхностей оптических деталей поясняется иллюстрациями, где:
- на Рис. 1, представлен вариант принципиальной схемы предлагаемого устройства со встроенным в оптическую систему оптического блока для анализа сферическим эталонным зеркалом;
- на Рис. 2. представлена интерферограмма волнового фронта, отраженного от контролируемой торической поверхности, полученной после предварительной обработки.
- на Рис. 3. представлена интерферограмма волнового фронта, отраженного от торической поверхности, полученной после доводки формы..
1
Устройство для контроля торических поверхностей оптических деталей по содержит источник 1 излучения - лазер, оптическую систему для формирования сферического волнового фронта, расположенную в переднем фокусе F контролируемой поверхности 3 и состоящую из объектива 2, юстировочный стол 4 для расположения на нем контролируемой детали, и оптический блок для анализа волнового фронта с оптической системой расположенный в заднем фокусе F2 контролируемой поверхности 3, в который входят светоделитель 7, эталонное зеркало 8 и наблюдательная система-анализатор 5.
При этом устройство для контроля снабжено дополнительно светоделительной пластиной 9, установленной между источником 1 излучения - лазером и оптической системой для формирования сферического волнового фронта и оптически связанной также непосредственно с оптической системой оптического блока анализа через дополнительный объектив 6, установленный на входе оптического блока анализа так, что отраженное от ее поверхности лазерное излучение направлено на оптическую систему оптического блока для анализа, которая выполнена формирующей сферический волновой фронт, причем в ней светоделитель 7 выполнен в виде куба-призмы, эталонное зеркало 8 выполнено сферической формы и расположено так, что его центр кривизны совпадает с фокусом оптической системы.
Работает предложенное устройство для контроля торических поверхностей оптических деталей следующим образом:
1
Параллельный пучок лучей выходит из источника излучения 1 - лазера (Рис. 1), часть его проходит через светоделительную пластину 9 на объектив 2 оптической системы для формирования сферического волнового фронта, расположенной в переднем фокусе F контролируемой поверхности 3, затем сформированный сферический фронт пучка падает на контролируемую торическую поверхность 3 контролируемой детали, закрепленной на юстировочном столе 4, причем падающие и отраженные от контролируемой поверхности лучи сферического волнового фронта образуют с нормалью в точке падения/отражения контролируемой торической поверхности 3 угол α, связанный с r и R (сагиттальным и меридиональным) радиусами следующей зависимостью, где:
Это позволяет минимизировать искажения сферического волнового фронта отраженного от торической поверхности. Отраженный от контролируемой поверхности 3 под углом α волновой фронт проходит через светоделитель 7 оптической системы оптического блока для анализа волнового фронта, расположенного в заднем фокусе F2 контролируемой поверхности 3 и направляется в наблюдательную систему-анализатор 5. В то время остальная часть пучка, отраженная от светоделительной пластины 9 и направленная на дополнительный объектив 6, в котором преобразуется в сферический расходящийся волновой фронт, проходит через куб-призму светоделителя 7 и направляется на сферическое эталонное зеркало 8 и, отразившись от него через куб-призму светоделителя 7, направляется в наблюдательную систему - анализатор 5, при этом потоки рабочего пучка, отраженного от контролируемой поверхности 3, и опорного пучка, пришедшего в куб-призму светоделителя 7 от объектива 6 интерферируют на поверхности светоделителя 7. Наблюдательная система - анализатор 5 регистрирует полученную интерференционную картину, по виду данной картины и конфигурации наблюдаемых интерференционных полос судят о качестве контролируемой торической поверхности.
На Рис. 2 и 3 представлены интерферограммы волнового фронта отраженного от контролируемой торической поверхности, полученной соответственно после предварительной обработки и после автоматизированной доводки формы торической поверхности соответственно. Анализ интерферограмм показал: после предварительной обработки PV=6.7 мкм; RMS=0.97 мкм; после автоматизированной доводки PV=0.18 мкм; RMS=0.035 мкм
В АО «НПО «Оптика» была произведена опытная проверка устройства для контроля формы торических поверхностей крупногабаритных зеркал из карбида кремния, которая продемонстрировала его указанные выше преимущества.
Таким образом, заявленное техническое решение соответствует условию "ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ".
Информация, использованная при подготовке заявки:
1. Патент РФ 2215988 С2 от 05.07. 2001 года на изобретение «Неравноплечий интерферометр», патентообладатель: Петербурский институт ядерной физики им. Константинова РАН, авторы: Иванов Ю.М., Скоробогатов В.В., Нестеров С.Ю. и Чунин Б.А. (прототип).