SU1384950A1 - Бесконтактный интерференционный профилограф - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повьшение точности за счет компенсации акустических и механических вибраций базы интерферометра . Интерферометр образо- . ван образцом 3, эталонной пластиной 4 и модул тором 5, смонтированными на столике 6, В канале дифференциальной оценки, состо щем из первой диафрагмы 10 и Первого фотоприемника 11, регистрируетс  сдвиг интерференционных полос в локальной точке измер емой поверхности, а в канале интегральной оценки, состо щем из делительной пластины 8, второй диафрагмы и второго фотоприемника 13, регистрируетс  усредненный по площади светового п тна сдвиг интерференционных полос. Дестабилизирующий эффект от вибраций базы (столик 6) интерферометра в одинаковой мере сказываетс  на результатах измерени  сдвига интерференционных полос в обоих каналах. Компенсаци  осуществл етс  путем вычислени  относительного сдвига интерференционных полос, что э .вивалентно выполнению операции вы- читани  сдвига, измеренного в одном кана.пе по отношению к сдвигу, измеренному в другом. 2 ил. О S (Л

Description

00 СХ) 4ib СД

Х

IPLLI

Изобретение относитс  к контроль- но-измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  профил  полированных поверхностей.г

Цель изобретени  - повышение точности за счет компенсации акустических и механических вибраций базы интерферометра .

10

На фиг. t изображена функциональна  схема бесконтактного интерференционного профилографа;/на фиг. 2 - временные диаграммы работы бескон- тактного интерференционного профиле- 5 графа, где а - сигнал модул ции разности хода световых лучей; б - электрический сигнал на выходе первого фотоприемника 11; в - электрический сигнал на выходе второго фотоприемни- 20 ка 13; г - временной интервал, про- порциональньй относительному сдвиг у сигналов бив.

Бесконтактный интерференционный 25 профилограф.содержит лазер 1, уЬта- новленньй по ходу излучени  преобразователь 2 лазерного луча, предназначенный дл  направлени  луча на образец 3, эталонную пластину 4 и 30 (пьезокерамический) модул тор 5 разности кода, и столик 6, на котором размещаетс  образец 3, установленные по ходу отраженного интерферометров излучени  проектор 7, делительную пластину 8 и оптический дефлектор 9, канал диференциальной оценки сдвига интерференционных полос, состо щий из установленных по ходу отраженного .оптическим дефлектором 9 излучени  Q первой диафрагмы 10 и первого фотоприемника 11, канал .интегральной оценки сдвига интерференционных полос , состо щий из делительной пластины 8 и установленных по хоДу отражен- .с ного ей излучени  второй диафрагмы 12 и второго фотоприемника 13, измеритель 14 сдвига интерференционных полос , первьй и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого 11 и второго 13 фотоприемников , в ычислитель 15, вход которого соединен с выходом измерител  14 сдвига интерференционных полос, а выход- с входом оптического дефлектора 9, и привод 16, вход которого соединен с другим выходом вычислител  15. Привод 16 кинематически св зан со столиком 6.

50

55

г

10

5 20

25 30 Q .с

0

5

Бесконтактный интерференционный профилограф работает следующим образом .

Оптическа  схема профилографа (фиг. 1) построена на основе интерферометра с наклонным падением лучей, разность хода которого модулируетс  по синусоидальному закону. Принцип действи  измерительной системы основан на измерении-относительного сдвига интерференционных полос путем измерени  временного интервала между нул ми электрических сигналов бив на линейном участке синусоиды а (фиг. 2). Эталонна  пластина 4, уста- новле:нна  на модул торе 5, и образец 3 образуют интерферометр. Излучение одночастотного лазера 1 через прозрачную эталонную пластину 4 фокусируетс  преобразователем 2 лазерного луча на исследуемую поверхность образца 3. Эталонна  пластинка 4 прикреплена к пьезокерамическому модул тору 5 разности хода. Лучи света, отраженные от внутренней поверхности эталонной пластины 4 и контролируемого образца 3, интерферируют в плос- кости изображени  проектора 7, где расположен первьй фотоприемник 11, входна  апертура которого ограничена первой диафрагмой 10. Часть излучени  на выходе проектора 7 направл етс  на вторую диафрагму 12, ограничивающую входну апертуру второго фотоприемника 13. Столик 6 используетс  лишь дл  начальной установки образца 3, поэтому искажени , св занные с функционированием шагового привода 16j исключены. Сканирование изображени  осуществл етс  оптическим дефлектором 9, управл емым вычислителем 15.

Измерение относительного сдвига интерференционных полос осуществл етс  измерителем 17 интерференционных полос. Управление профилографом осу ществл етс  вычислителем 15, где формируютс  сигналы управлени  приводом 16 столика 6 и оптическим дефлектором 9, а также производитс  передача сигналов из измерител  17 сдвига интерференционных полос в вычислитель 15. Чтобы не возникала паразитна  интерференци , обусловленна  обратными отражени ми св-ета, оптические элементы схемы установлены под небольшими углами к оптической оси, а эталонна  пластина 4 имеет непараллельные поверхности. Этот прием позвол ет достигнуть стопроцентной разв зки лазера 1 и интерферометра без применени  оптического вентил . Про- ектор 7 сфокусирован на исследуемую поверхность образца 3, поэтому луч света, отраженный от этой поверхности , образует в плоскости изображени  (на диафрагме 10) резкую картину по- верхности контрольного образца. Луч, отражеиньш от эталонной поверхности, также попадает в гшоскость изображени  проектора 7, но дает слегка размытое изображение. Это обсто тельство позвол ет снизить требовани  к эталонной поверхности, так как при наложении изображений контролируемой и эталонной поверхностей микронеровности последней не играют роли.

I

Наклонное падение лучей приводит

к потере резкости контролируемой поверхности по одной из координат (у) в плоскости, изображени , тогда как по другой координате (х) этого не происходит. Прецизионное сканирование изображени  интерферограммы поверхности в пределах пол  зрени  проектора . 7 осуществл етс  в направлении X оптическим дефлектором 9 относи- тельно входной диафрагмы фотоприемника 11. Интерферометр, образованный контролируемым образцом 3 и эталонной пластинкой 4, установлен на столике 6 перемещение которого с помощью шаговых двигателей позвол ет измер ть ; волнистость и шероховатость образца в пределах его поверхности по координатам X и у. Диаметр светового п тна на контролируемой поверхности может быть изменен в широких пределах путем изменени  коэффициента преобразовани  размера лазерного луча в преобразователе 2. Преобразователь 2 раз- мера лазерного луча представл ет собой телескопическую систему дл  измерени  диаметра лазерного луча. В зависимости от размера провер емой детали и нормируемой длины L, соот- ветствук дей диаметру светового п тна на ее поверхности, выбираетс  коэффициент преобразовател  2. Дл  измерени  микрошероховатости коэффициент преобразовани  выбирают меньше единицы , а дл  измерени  неплоскостности - больше единицы. Соответственно и проектор в первом случае представл ет собой проекционный микроскоп, а в

5 0

5 fl д ,

5

другом - уменьшающую проекционную систему.

Дл  выбора размеров первой 10 и второй 12 диафрагм могут быть использованы следующие услови : 4, А-К;

d 5:L-K,

где а, и d - размеры первой 10 и второй 12 диафрагм; А и К - разрешающа  способность и коэффициент увеличени  проектора соответственно;

L - нормируема  длина излучаемого профил . Эти услови  необходимы дл  того, чтобы обеспечить дифференциальную и интегральную оценку сдвига интерференционных полос в соответствующих каналах, при этом первый фотоприемник 11 регистрирует локальный сдвиг интерференционных полос в точке светового п тна на поверхности измер емого профил , а второй фотопри- емник 13 регистрирует усредненньй по площади светового п тна сдвиг С интерференционных полос.

Дестабилизирующие факторы - акустические и механические вибрации провод т к дополнительному сдвигу интерференционных полос одинаковому дл  каждого из фотоприемников 11 и 13.

Таким образом, сдвиг интерферен- ционных полос дл  первого и второго фотоприемника определ ют по формулам

J 5 . - впер

Чтобы устранить вли ние вибраций, вычтём из второго уравнени  первое

/7- 1 - t/ 6

Процедура вычитани  эквивалентна , измерению относительного сдвига интерференционных полос на линейном участке синусоиды (фиг. 2а - 2г).

Таким образом, относительный сдвиг интерференционных полос не содержит в себе вибраций, за счет этого повьш1аетс  точность измерени  профил  поверхности.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Бесконтактный интерференционньй профилограф, содержащий лазер, установленные по ходу излучени  преобразователь лазерного луча, столик дл 

   размещени  образца, модул тор разности хода, установленна  на нем эталонна  пластина, размещенна  на модул торе разности хода таким образом, что образует полость дл  установки образца, установленные по ходу отраженного интерферометром излучени  проектор и оптический дефлектор, канал дифференциальной оценки сдвига интерференционных полос, состо щий из установленных по ходу отраженного оптическим дефлектором излучени  ( первой диафрагмы и первого фотоприемника , измеритель сдвига интерференционных полос, первый вход которого соединен с выходом первого фотоприемника , а выход - с входом модул тора разности хода, вычислитель, вход

   5

   которого соединен с другим выходом измерител  сдвига- интерференционных полос, а выход - с входом оптического дефлектора, и привод, подключенный к другому выходу вычислител  и кинематически св занньй со столиком, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  точности, он снабжен каналом интегральной оценки сдвига интерференционных полос, состо щим из делительной пластины, установленной по ходу излучени  между проектором и дефлектором, и установленных по ходу излучени , отраженного делительной пластиной, второй диафрагмы и второго фотоприемника, выход которого соединен.с вторым входом измерител  сдвига интерференционных полос.

   фуе. 2