SU1062519A1 - Фотоэлектрический интерферометр дл контрол формы поверхности оптических деталей - Google Patents

Abstract

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ПО- ВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, содержащий лазерный источник света, распО7(оженные последовательно по ходу его лучей телескопическую систему , первый светоделитель выполненный в виде плоскопараллельной , пластины, и объектив, расположенные последовательно в обратном ходе лучей за первым светоделителем второй светоделитель, узел сдвига, проекционный объектив и первый фотоприемник, образующий рабочий канал, второй фотоприемник , образующий опорный канал, и электронную систему, включающую модул тор, генератор опорного напр жени , подключенный к модул тору, блок опроса, подключенный к выходам фотоприемников рабочего и опорного каналов,и блок обработки сигналов , подключенный к выходу блока опроса, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , он снабжен третьим светоделителем, выполненным в виде куб-призмы и расположенным между проекционным объективом и первым фотоприемником, выполненным в виде фотодиодной матрицы, второй фотоприемник идентичен первому и уста новлен на пути излучени  за третьим светоделителем в положение, при котором его светочувствительна  поверхность оптически сопр жена со светочувствительной поверхностью первого фотоприемника, второй светоделитель идентичен третьему светрдели- { телю, узел сдвига выполнен в виде i (Л двух сферических зеркал, радиусы кривизнЕЛ которых отличны друг от друга, сферические зеркала установлены на пути излучени  за вторым светоделителем и ориентированы так, что их фокусы оптически сопр жены , модул тор выполнен в виде двух идентичных пьеэокерамических элементов, каждый из которых механически скреплен с одним из сферических зеркал, генератор опорных напр Oi жений выполнен с двум  противофазны-г tsD ми выходами, каждый из которых элект Сл рически св зан с входом одного из пьезокерамических элементов, блок опроса выполнен с синхронизирующим входом, электронна  система снабжесо на с1Мплитудным ограничителем f включенным между генератором опорного напр жени  и модул тором, а ампли тудный ограничитель выполнен с управл ющим выходом, который электрически св зан с синхронизирующим входом блока опроса.

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, предназначенной дл  контрол  формы ОПТИ ческих поверхностей, и может быть использовано в производстве, зан том изготовлением и эксплуатацией /высококачественных оптических систем , в том числе и крупногабаритных . Известен фотоэлектрический интер ферометр, .построенный по схеме Тваймана-Трина и содержащий генератор опорного напр жени , модул тор фотоприемники, блок опроса фотоприемников и блок обработки сигналов Cl Недостатком интерферометра  вл е с  низка  точность контрол  поверхностей крупногабаритных оптических деталей,обусловленна  высокой чувс вительностью интерферометра к вибра ци м, а также сравнительно большим временем съема измерительной информации , .. Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче к изобретению  вл етс  фотоэлектрический интерферометр дл  контрол  формы поверхности оптических деталей, содержащий лазерный источник света, расположенные последовательно по ходу его лучей телескопическую систему , первый светоделитель, възполненный в виде плоскопараллельной пластины, и объектив, расположенные последовательно в обратном ходе лучей за первым светоделителем второй светоделитель, узел сдвига, проекционный объектив и первый, фотоприемник , образующий рабочий канал , второй фотоприемник, образующий опорный канал, и электронную систему, включающую модул тор, генератор опорного напр жени , подклю ченный к модул тору, блок опроса, п.ездключенный к выход 1М фотоприемников рабочего и опорного канешов, и блок обработкисигналов, пo ;ключeнный к выходу блока onpocatzjj. Недостатком известного интерферометра  вл етс  сравнительно низка  точность контрол , обусловленна  тем, что дл  построени  топогра фической карты контрблируемой поверхности необходимо обработать две интерференционные картины с взаимно перпендикул рным направлением боко вого сдвига волновых фронтов с последующей математической ув зкой результатов измерений, а также тем что опорный канал интерферометра вы полнен независи1«ым от рабочего канала , в св зи с чем Отсутствует во можность компенсации погрешностей измерений, вызванных воздействием внешних дестабилизующих факторов. Цель изоёреуени  - повышение точности кон грол . Поставленна  цель достигаетс  тем, что фотоэлект)ический интерферометр дл  контрол  формы поверхности оптических деталей, содержащий лазерный источник света, расположенные последовательно по ходу его лучей телескопическую систему, первый светоделитель, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, и объектив , расположенные последовательно в обратном ходе лучей за первым светоделителем второй светоделитель, узел сдвига, проекционный объектив и первый фотоприемник, образующий рабочий канал, второй фотоприемник, образующий опорный канал, и электронную систему, включающую модул тор , генератор опорного напр жени , подключенный к модул тору, блок опроса, подключенный к выходам фотоприемников рабочего и опорного каналов, и блок обработки сигналов, подключенный к выходу блока опроса, снабжен третьим светоделителем,выполненным в виде куб-призмы и расположенным между проекционным объективом и первым фотоприемником, выполненным в виде фотодиодной матрицы , второй фотоприемник,идентичен первому и установлен на пути излучени  за третьим светоделителем в положение, при котором его светочувствительна  поверхность оптически сопр жена со светочувствительной поверхностью первого фотоприемника , второй светоделитель идентичен третьему, узел сдвига выполнен в виде двух сферических зеркал,радиусы кривизны которык отличны друг от друга, сферические зеркала установлены на пути излучени  за вторым светоделителем и ориентированы так, что их фокусы оптически сопр жены, модул тор выполнен в виде двух идентичных пьезокёрамических элементов, каждый из которых механически скреплен с одним из сферических зеркал, генератор опорных напр жений выполнен с двум  противофазными выходами , каждый из которых электрически св зан с входом одного из пьезокёрамических элементов, блок опроса выполнен с синхронизирукицим входом, электронна  система снабжена амплитудным ограничителем, включенньм между генератором опорного напр жени , И модул тором, а амплитудный ограничитель выполнен с управл ющим выходом j который электрически св зан с синхронизирукицим входом блока опро .са., . , , На чертеже показана принципиаль на  схема одного из возможных вари антов Фотоэлектрического интерферометра дл  контрол  формы noBepxHo j7ти оптических деталей. .Интерферометр содержит лазерный источник 1 света, телескопическую систему 2, светоделитель 3,.вьшолненный в видеплоскопараллельной пластины, объектив 4, светодели - . тель 5,выполненный в виде куб-призмы , узел сдвига, выполненный в виде двух сферических зеркал 6 и 7, проекционный объектив 8, светоделитель 9, выполненный в виде куб-призм мы, фотоприемники 10 и 11, выполненные в виде двух идентичных фотодиодных матриц, и электронную систему, состо щую из модул тора, выполненного в виде двух идентичных пьезокерамических элементов 12 и 13, генератора 14 опорного напр жени , амплитудного ограничител  15, блока 16 опроса и блока 17 обработки сигналов .

Интерферометр ориентируетс  так, что центр кривизны контролируемой пверхности 19 совпадает с фокусотл объектива 4.

Телескопическа  система-2, светоделитель 3 и объектив 4 расположены по ходу луча лазерного источника 1,

Светоделитель 5 установлен в обратном ходе лучей за светоделителем 3..

Сферические зеркала 6 и 7, образющие узел сдвига, выполнены с отличными друг от друга радиусами кривизны , установлены на пути излучени  за светоделителем 5.и ориентированы так, что их фокусы оптически сопр жены .

Проекционный объектив 8, светоде; литель 9 и фотоприемник 10, образующий рабочий канал, установлены последовательно в обратном ходе лучей за светоделителем 5. Фотоприемник 1 образующий опорный канал, установле на пути излучени  за светоделите- лем 9 в положение, при котором его светочувствительна  поверхность оптически сопр жена со светочувстви г тельной поверхностью фотоприемника 10, образующего рабочий канал.

Йьезокерамический элемент 12 мо . дул тора механически скреплен со сферическим зеркалом 6, а пьезокерамический элемент 13 модул тора со сферическим зеркалом 7.

Генератор 14 опорного напр жени  выполнен с двум  противофазными выходами, один из которых электрически св зан через амплитудный . ограничитель 15 с входом пьезОкерамического элемента 12 модул тора, : а второй - с входом пьезокерамического элемента 13 модул тора.

Блок 16 опроса подключен к выходам фотоприемников 10 и 11 рабоче ,го и опорного каналов соответственн :и выполнен с синхронизируквдим входом .

: Амплитудный ограничитель 15 выполнен с управл нмцим входом, который электрически св зан с синхрони-; зирующим входом блока 16 опроса.

Блок 17 обработки сигналов подключен к выходу блока 16 опроса.

Интерферометр работает следующим образом.

ч

Излучение источника 1 проходит телескопическую систему 2, светоделитель 3 и поступает в объектив 4, который преобразует его в сферический волновой фронт, распростран кадийс  по нормали к контролируемой поверхности Д8. При отражении от контролируемой поверхности 18 волновой фронт деформируетс  в соответствии с ошибками ее формы,а следовательно, содер-, жит информацию о качестве контролируемой поверхности 18.

Отраженный от контролируемой поверхности 18 волновой фронт проходит объектив 4 в обратном направлении и, после отражени  от светоделител  3, поступает в светоделитель .5, которыйраздел ет по .амплитуде на две части и направл ет одну из них на сфери- ческое зеркало 6, а другую - на сфе5 рическое зеркало 7.

После отражени  от сферических зеркал 6 и 7 обе части волнового фронта проход т светоделитель 5 в обратном направлении, интерферируют   со0 бираютс  в точке совмещенных фокусов сферических зеркал 6 и 7. Благодар  тому, что радиусы кривизны сферичес-, ких зеркал 6 и 7 отличаютс  друг от друга, интерферирующие волновые фрон5 ты отличаютс  по апертуре, т.е. имеет место интерференци  радиального сдвига. Затем интерферирующие волновые фронты проход т проекционный объектив 8, а светоделитель 9 направ0 л ет их на фотоприемник 10 рабочего канала и фртоприеь4ник 11 опорного канала. Проекционный объектив 8 осуществл ет оптическое сопр жение контролируемой поверхности 18 со светочувствительньми поверхност ми :

5 фотодиодных матриц..Переменное напр жение с выходрв. генератора 4 iчерез амплитудный ограничитель 15 поступает на входы пьезокерамических элементов 12- и 13, которые привод т

0 сферические зеркала 6 и 7 в возвратно-поступательное движение с частотой, равной частоте напр жени , вырабатываемого генератором 14. Поскольку напр жени , подаваемы,е на

5 входы пьезокерамических элементов 12 и 13, противофазны, то возвратнопоступательное движение сферических зеркал 6 и 7 осуществл етс  также в про ивофазе и вызывает периодичес0 кое изменение разности хода интерферирукадих лучей, что приводит к возвратно-поступательному смещению интерференционных полос в плоскости регистрации, т.е. осуществл етс  (МОДУЛЯЦИЯ интерференционной картины.

5 Фотодиодные матрицы работают в режиме пр мого детектировани  сигна ла, т.е. закон изменени  электрических йигналов на выходах их элеме тон повтор ет закон изменени  освещенности на светочувствительных пло щадках этих элементов. При этом соотношение начальных разностей фаз электрических сигналов с выходов элементов одной из фотодиодных матр определ етс  характером распределеНИН освещенности в пределах светочувствительной поверхности всей мат рицы, т.е. видом регистрируемой интерференционной картины. Амплитудный ограничитель 15 ерезает нелинейные участки переменных напр жений, питающих пьезокерамичес кие элементы 12 и 13. В результате .снижаетс  коэффициент гармоник элек рических сигналов с фотодиодных мат риц, что позвол ет осуществл ть их регистрацию и обработку с высокой точностью, а также улучшаютс  динамические характеристики модул тора , а следовательно, и всего инте ферометра, за счет снижени  интенсивности переходных электро-механических процессов, возникающих в пьезокерамических элементах 12 и 13 при переходе питающих напр жений че рез экстремальные точки. Кроме того, амплитудный ограничи тель 15 формирует на своем управл ющем выходе сигналы, соответствующие начсшу и концу линейных участко напр жений, питаклцих пьезокерамичес кие элементы 12 и 13. Сигналы с управл ющего выхода амплитудного ограничител  15 поступают на синхронизирукнций вход блока 16 и управл ют его работой: по первому сигналу блок 16 начинает опрос фотодиодных матриц, а по второму сигналу прекращает опрос. Блок 16 осуществл ет построчный опрос всех элементов матрицы фотоприемника 10 рабочего канала и многократный опрос с той же частотой одного из элементов, выбранного в качестве опорного, матрицы фотоприемника 11 опорного канала, т.е. одновременно с опросом какого-либо элемента матрицы фотоприемника 10 опрашиваетс  опорный элемент матрицы фотоприемника 11. . Полученные сигналы поступают в блок 17 обработки сигналов, который осуществл ет сравнение начальной фазы сигнала какого-либо элемента матрицы фотоприемника 10 с Начальной фазой соответствующего ему сигнала опорного элемента матрицы фотоприемника 11, последуюцую математическую обработку результатов измерений и построение топографической карты контролируемой поверх ности 18. Использование в качестве фотоприемника опорного канала фотодиодной матрицы фОтоприемника 11,идентичной фотодиодной матрице фотоприемника 10 рабочего канала, позвол ет выбрать положение опорного элемента матрицы фотоприемника 11 в любой точке выходного зрачка контролируемой поверхности 18 независимо т конфигурации зрачка (круг, коль-.; цо, квадрат и т.д.), а также проводить серии измерений при различных положени х опорного элемента в пределах выходного зрачка с последующим усреднением результатов . . Повышение точности контрол  формы поверхности озртических деталей при использовании данного интерферометра достигаетс  за счет снабжени  его светоделителем и амплитудным ограничителем при соответствующем выполнении остальных элементов.

Claims (1)

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ПО- ВЕРХНОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ, содержащий лазерный источник света, расподоженные последовательно по ходу его лучей телескопическую систему, первый светоделитель> выполненный в виде плоскопараллельной, пластины, и объектив, расположенные последовательно в обратном ходе лучей за первым светоделителем второй светоделитель, узел сдвига, проекционный объектив и первый фотоприемник, образующий рабочий канал, второй фотоприемник, образующий опорный канал, и электронную систему, включающую модулятор, генератор опорного напряжения, подключенный к модулятору, блок опроса, подключенный к выхо- ₍ дам фотоприемников рабочего и опорного каналов,'и блок обработки сиг- налов, подключенный к выходу блока опроса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, он снабжен третьим светоделителем, выполненным в виде куб-призмы и расположенным между проекционным объективом и первым фотоприемником, выполненным в виде фотодиодной матрицы, второй фотоприемник идентичен первому и установлен на пути излучения за третьим светоделителем в положение, при котором его светочувствительная поверхность оптически сопряжена со светочувствительной поверхностью первого фотоприемника, второй светоделитель идентичен третьему светоделителю, узел сдвига выполнен в виде двух сферических зеркал, радиусы кривизны которых отличны друг от друга, сферические зеркала установлены на пути излучения за вторым светоделителем и ориентированы так, что их фокусы оптически сопряжены, модулятор выполнен в виде двух идентичных пьеэокерамических элементов, каждый из которых механически скреплен с одним из сферических зеркал, генератор опорных напряжений выполнен с двумя противофазные ми выходами, каждый из которых электрически связан с входом одного из пьезокерамических элементов, блок опроса выполнен с синхронизирующим входом, электронная система снабжена амплитудным ограничителем; включенным между генератором опорного напряжения и модулятором, а амплитудный ограничитель выполнен с управ· ляющим выходом, который электрически связан с синхронизирующим входом блока опроса.

   SU ... 1062519 А