SU1661567A1 - Способ контрол поверхностей оптических деталей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптическим методам неразрушающего контрол . Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  поверхностей крупногабаритных деталей с помощью объективов, не исправленных на аберрации. Поверхность контролируемой детали ввод т во взаимодействие с излучением лазера. Отраженное от этой поверхности излучение регистрируют с использованием обращенного волнового фронта. В оптической схеме, формирующей указанные излучени , примен ют объективы, не исправленные на аберрации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к оптическим методам неразрушающего контрол  и может быть использовано дл  контрол  качества оптических деталей.

Цель изобретени  - повышение точности контрол  поверхностей крупногабаритных деталей с помощью объективов, не исправленных на аберрации.

На фиг. 1 представлена схема, по сн юща  способ; на фиг.2 - схема устройства, в качестве примера дл  реализации способа.

Способ контрол  поверхностей оптических деталей заключаетс  в следующем.

Оптически св зывают первую 1 и вторую 2 безаберрационные оптические системы с лазером 3 и системой 4 регистрации интерференционной картины через объектив 5, не исправленный на аберрации, который взаимодействует с контролируемой поверхностью детали 6; системы 1 и 2 св зывают с элементом 7 обращенного волнового фронта через светоделитель 8.

Гомоцентрическим пучком когерентного излучени  с центром в плоскости А на оси

объектива 5 освещают объектив. В плоскости В формируетс  искаженное изображение точечного источника. Оптическа  система 1 строит в плоскости изображение плоскости зрачка объектива бив плоскости С - изображение плоскости В В плоскости X производитс  обращение волнового фронта излучени .

Излучение с обращенным волновым фронтом раздел етс  светоделительным элементом 8 на две части. Одна из них направл етс  назад, через первую оптическую систему и объектив, формиру  на системе регистрации опорную волну с центром кривизны в плоскости А.

Друга  часть излучени  с обращенным волновым фронтом направл етс  во вторую оптическую систему. Эта система проецирует излучение из плоскости О1 в плоскость зрачка объектива W и из плоскости С1 в плоскость В . Рассто ни  вдоль хода светового пучка от плоскости X до плоскостей О и С соответственно такие же, как до плоскостей О и С. Плоскость О проецируетс  в

о

ч|

™а

плоскость зрачка объектива 5 в масштабе, обратном по отношению к масштабу проецировани  плоскости зрачка объектива 5 в плоскость О первой оптической системой. Поэтому распределение пол  излучени  на объективе имеет такую же мелкомасштабную структуру, что и при первом прохождении через него, отлича сь плавными (в масштабе погрешностей объектива) изменени ми кривизны. В результате при повторном пропускании излучени  через объектив внесенные им ранее искажени  компенсируютс .

В плоскости B формируетс  искаженное изображение точечного источника, отличающеес  от изображени  в плоскости В масштабом (трансформирован в LB /LB раза , где LB и LB - рассто ни  вдоль хода светового пучка от плоскости зрачка объектива 5 до плоскостей В и В1 соответственно ).

Выполнение обоих указанных условий проецировани  позвол ет сформировать после второго пропускани  через объектив 5 стигматический пучок излучени  со сферическим волновым фронтом с центром кривизны в плоскости А1 , лежащим на оси объектива 5 и отсто щим от него на рассто нии LA , определ емом

1 + 1

LA

LB

J LB

где LA - рассто ние от объектива 5 до точечного источника А.

Следует отметить, что плоскость А может быть отнесена на бесконечность, в случае контрол  плоских поверхностей, или находитьс  по другую от объектива 5 сторону , нежели плоскость А. В этом случае LA О, объективом строитс  мнимое изображение плоскости В и формируетс  расход щийс  гомоцентрический пучок излучени , что необходимо дл  контрол  вогнутых поверхностей.

Отраженное поверхностью детали 6 назад излучение вновь направл етс  через объектив 5, проецируетс  последним и второй оптической системой. В плоскости X производитс  обращение волнового фронта . Часть излучени  с обращенным волно- .вым фронтом направл етс  через первую оптическую систему и через объектив 5.

При отражении излучени  от поверхности детали 6 в его волновой фронт внос тс  искажени , св занные с отклонени ми формы поверхности детали от формы волнового фронта излучени , падающего на деталь,

т.е. от заданной сферической (плоской) поверхности .

В конечном счете, отраженное контролируемой поверхностью излучение, пройд 

всю оптическую систему в обратном направлении , попадает на систему 4 регистрации, Там оно представл ет собой объектную волну , из отличий формы волнового фронта которой от опорной волны, определ емых

0 анализом зарегистрированной картины их интерференции, можно получить однозначную информацию о форме контролируемой поверхности.

5 При контроле качества цилиндрических и торических поверхностей втора  оптическа  система дво кой симметрии по-разному преобразует ход световых лучей в двух ортогональных сечени х, содержащих оси

0 кривизны контролируемой поверхности.

При этом в обоих сечени х ход световых лучей от плоскости А до объектива, от объектива через первую оптическую систему до плоскости X и от последней до второй опти5 ческой системы идентичен. В обоих сечени х плоскость О проецмруетс  этой системой в плоскость зрачка объектива в одинаковых масштабах. В то же врем  гзпучение мз плоскости С проецируетс  второй оптической

0 системой по-разному ч двух ортогональных сечени х - в плоскости В1 и 82, с гсто щие от объектива на рассто ни  LBj и LB соответственно, и в масштабах, относ щихс с , 3 остальном действие способа такое же, как и дл  осесимметричных поверхностей.

В р де случаев, например в случае использовани  лазера невысокой временной

Q когерентности, удобнее оказываетс  использовать дл  формировани  опорной волны отдельное вспомогательное устройство (не показано). Это устройство может быть выполнено в виде обычного плослого зеркала . В этом случае все излучение, пришедшее от точечного источника на объектив, может быть использовано дл  формировани  объектной волны.

Устройство дл  реализации способа содержит зеркальный объектив 9, не исправ0 ленный на аберрации, плоские зеркала 10-12, полупрозрачные зеркала 13 и 14, вспомогательный объектив 15, первый 16 и второй 17 объективы, исправленные на аберрации, специальное вспомогательное

g устройство 18.

Плоскости А, В м В отсто т от объектива 9 на рассто ни  LA, LB и LB соответственно , причем

LA LB

1 F

LB F .

Плоскости В и В совмещены с фокальными плоскост ми безаберрационных объективов 16 и 17 соответственно.

Устройство работает следующим образом .

Пучок излучени  одномодового лазера 3 с плоским волновым фронтом направл етс  зеркалом 13 по оси объектива 9. Объектив 15 формирует строго гомоцентрический пучок излучени , заполн ющий весь зрачок объектива 9 и имеющий центр кривизны волнового фронта в плоскости А на оси объ- ектива 9. Отраженное последним излучение собираетс  в плоскости В и проецируетс  объективом 16 из последней в бесконечно удаленную плоскость С. Этот же объектив строит изображение плоскости объектива 9 в плоскости О . Квазиплоский пучок излучени  направл етс  зеркалом 11 через зеркало 14 в элемент 7.

Конкретный тип элемента 7 определ етс  типом используемого лазера,

Излучение с обращенным волновым фронтом раздел етс  зеркалом 14 на две части. Одна часть его направл етс  строго назад, причем внесенные объективом 9 ис

кажени  компенсируютс , и с помощью зеркала 12 излучение направл етс  на систему 4 регистрации. В плоскости регистрации объектив 15 строит изображение объектива 9.

Отраженна  зеркалом 14 часть излучени  с обращенным волновым фронтом направл етс  зеркалом 10 через объектив 17, который проецирует излучение из плоскости О , распределение пол  излучени  в которой такое же, как в плоскости О, в плоскость объектива 9. Объектив 17 проецирует излучение из бесконечноудаленной плоскости С1 (С) в плоскость В , совпадающую с фокальной плоскостью объектива 9. При отражении этой части излучени  от объектива 9 внесенные им ранее искажени  также компенсируютс  и на контролируемую поверхность 6 направл етс  пучок излучени  с плоским волновым фронтом.

Отраженное назад излучение проходит через оптическую систему в обратном направлении , формиру  на системе 4 регистрации объектную волну. Картина интерференции объектной и опорной волны регистрируетс  этой системы.

Плоска  или сферическа  опорна  волна может быть сформирована и с помощью специального вспомогательного устройства

0

5

0

0

5

0

5

18, например, ретрезеркалз или системы плоских зеркал. В таком случае полупрозрачное зеркало 14 может быть заменено невзаимным светоделительным элементом, направл ющим пришедшее из объектива 16 излучение после обращени  его волнового фронта з объектив 17 и наоборот.

Claims (3)

1. Таким образом, точность контрол  поверхностей с помощью объективов, не исправленных на аберрации, повышаетс . Формула изобретени  1. Способ контрол  поверхностей оптических деталей, заключающийс  в том, что фиксируют интерференционное изображение опорной и объектной когерентных световых волн И пи параметрам этого изображени  определ ют состо ние контролируемой поверхности оптической детали , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол  поверхностей крупногабаритных деталей с помощью объективов не исправленных на аберрации, точечный источник излучени  из плоскости А на рассто нии LA от плоскости объектива W проецируют объективом в плоскость В на рассто нии LB от плоскости W, пропускают это излучени  через первую безаберраци- очную оптическую систему и проецируют его зтой системой из плоскости В в плоскость С и из -плоскости С в плоскость О, обращают волновой фронт излучени  во вспомогательной плоскости X с помощью светоделител , часть излучени  с обращенным волновым фронтом направл ют через первую оптическую систему и объектив в обратном направлении в качестве опорного с центром кривизны его волнового фронта в плоскости А, другую часть излучени  пропускают через вторую безаберрационную оптическую систему и проецируют этой системой излучение из плоскости С, отсто щей от плоскости X на то же рассто ние вдоль хода светового луча, что и плоскость С, в плоскость В, отсто щую от плоскости W на LB , и из плоскости О, отсто щей от плоскости X на то же рассто ние вдоль хода светового луча, что и плоскость О, в плоскость W, пропускают это излучение через объектив с компенсацией ранее внесенных аберраци ми этого объектива искажений и проецируют им излучение из плоскости В в плоскость А , направл ют после объектива излучение на контролируемую поверхность, отраженное ею излучение вторично пропускают через объектив в пр мом и вторую оптическую систему в обратном направлени х , в плоскости X обращают волновой фронт излучени ,затем часть его направл ют с помощью светоделител  через первую оптическую систему и через объектив в обратном направлении.
2. 2. Способ по п.1, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона контролируемых поверхностей, часть излучени , направленную светоделителем во вторую оптическую систему, трансформируют этой системой в астигматический пучок с торическ м волновым фронтом с ос ми кривизны в плоскост х Вг и Ва на рассто ни х LB 1 и LB i от плоскости W и той же оптической системой проецируют излуче0

   ние из плоскости О в плоскость W с коэффициентом анаморфозы 1, после чего пропускают через объектив в обратном направлении.
3. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающий- с   тем, что дл  формировани  опорной волны используют автономную оптическую систему, а излучение, прошедшее через объектив , используют дл  формировани  объектной волны.

   А

   К.

   3

   Редактор О. Хрипта

   Фиг 2 Составитель А. Духанин Техред М.Моргентал

   Корректор Т. Палий