SU1747882A1 - Способ измерени радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано, например, при измерении больших по величине (свыше 1000 мм) радиусов кривизны высокоточных оптических деталей, в том числе и пробных стекол. Изобретение позвол ет повысить точность измерений Перед измер емой деталью 1 устанавливают телескопический мениск 2 с определенной толщиной по оптической оси. Отраженное от измер емой поверхности детали 1 излучение фокусируют в ее вершину за счет переотражени  излучени  от вогнутой поверхности радиуса мениска 2 и его смещени  вдоль оси 001 Положение мениска фиксируют. Затем перед мениском устана&- ливают объектив 3 и фокусируют коллимиро- ванное излучение сначала в вершину выпуклой поверхности мениска 2, а затем, убрав мениск 2, смещают объектив 3 вдоль оси OOi и фокусируют излучение в вершину детали 1, при этом снимают отсчеты ai и az о положени х объектива при фокусировке излучени . Искомый радиус кривизны определ ют по формуле, представленной в описании . 3 ил. (Л С

Description

Изобретени относитс  к измерительной технике и может быть использовано, например, при измерении больших по величине (свыше 1000 мм) радиусов кривизны высокоточных оптических деталей, в том числе и пробных стекол.

Известен способ измерени  радиуса кривизны сферической поверхности с помощью автоколлимационной трубы. Автоколлимационную зрительную трубу предварительно вывер ют на бесконечность . Затем деталь с измер емой поверхностью располагают перед объективом зрительной трубы и перемещением окул ра в ней добиваютс  получени  резкого автоколлимационного изображени  перекресть . Определив величину смещени  окул ра и измерив рассто ние от измер емой поверхности детали до передней главной плоскости объектива и его фокусное рассто ние , вычисл ют радиус кривизны поверхности .

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому эффекту  вл етс  способ измерени  радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали , согласно которому дл  измерени  используют объектив с первоначально измеренными радиусом кривизны RI его последней , причем вогнутой поверхности и рассто нием S1 от вершины последней поверхности объектива до плоскости фокусих|

Јь

XI

00 00

ю

ровки излучени . Этот объектив устанавливают перед измер емой деталью так, что он обращен вогнутой сферической поверхностью к детали. С помощью обьектива фокусируют излучение в вершину измер емой поверхности, смещают деталь по направлению к объективу, добива сь вторичной фокусировки излучени  в вершину поверхности детали дополнительного последовательного отражени  излучени  от поверхности детали и последней пове рхно- сти объектива. Затем определ ют разность а отсчетов, сн тых по шкале, в положени х детали при фокусировках излучени  в вершину ее измер емой поверхности, а иско- мый радиус R определ ют по формуле

4а

S -2a r R-Sf+2a 1 S -aR-S +a

Недостатком известного способа  вл - етс  его недостаточно высока  точность. Так, например, если проводить измерение радиуса кривизны поверхности с величиной радиуса R 5000 мм с использованием объектива со следующими параметрами R, 800 мм и S1 800 мм, то такие измерени  можно провестиЪри смещении детали на величину а- 622 мм. При этом, если погрешность измерени  величины RI, S1 и а прин ть равными б 0,01 мм (что определ етс  точно- стью отсчетной шкалы), то погрешность определени  R детали составит 4,8 мм, или величину 0,1% от номинала измер емого радиуса. Така  погрешность измерени  в р де случаев, например при измерении ра- диусов кривизны пробных стекол по 1-му классу точности,  вл етс  предельно допустимой .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали .

Сущность изобретени  заключаетс  в том. что совершенствуетс  способ измерени , согласно которому устанавливают пе- ред деталью оптический элемент с вогнутой сферической поверхностью, обращенной к детали, фокусируют излучение с помощью этой поверхности элемента в вершину измер емой поверхности, фиксируют положение элемента и определ ют радиус кривизны.

Отличительными признаками изобретени   вл етс  то, что в качестве оптического элемента используют телескопический мениск , перефокусируют излучение в вершину выпуклой поверхности мениска с помощью объектива, устанавливаемого перед мениском и смещаемого по ходу излучени , фиксируют величину ai отсчета положени 

объектива, убирают мениск, вновь фокусируют излучение в вершину измер емой поверхности и фиксируют величину 32 отсчета смещени  объектива, а радиус кривизны определ ют по формуле

R-4 S(Ri-S) , К ц 2S-R1 где S I ai-32I -1;

t - толщина телескопического мениска по его оптической оси;

RI - радиус кривизны вогнутой поверхности телескопического мениска.

Сущность способа по сн етс  фиг. 1-3.

На фиг. 1 показано положение оптической детали 1 и телескопического мениска 2, конструктивных элементов схемы RI, t и S, необходимых дл  расчета определ емого радиуса кривизны R оптической детали, а также ход лучей при фокусировке коллими- рованного излучени  в вершину детали 1.

На фиг, 2 показано положение детали 1, мениска 2 и объектива 3 и ход лучей при фокусировке излучени  объективом 3 в вершину выпуклой поверхности мениска 2.

На фиг. 2 показано положение детали 1 и объектива 3 и ход лучей при фокусировке излучени  объективом 3 в вершину детали 1.

Перед оптической деталью 1, радиус кривизны поверхности которой необходимо измер ть, располагают телескопический мениск 2 (фиг. 1), Телескопический мениск 2 установлен t возможностью смещени  вдоль оптической оси OOi, Затем по оптической оси 001 направл ют коллимированное излучение. Источником коллимировэнного излучени  можег быть автоколлиматор, предварительно выверенный на бесконечность , рабоча  ветвь интерферометра, позвол ющего работать с коллимированным излучением, или любое другое устройство, позвол ющее регистрировать автоколлимационный ход излучени , Коллимированное излучение, прошедшее через мениск 2, отражаетс  от измер емой поверхности детали 1, а затем и от вогнутой поверхности мениска 2 и направл етс  на поверхность детали 1. Смещением мениска 2 вдоль оси OOi добиваютс  фокусировки излучени  в вершину поверхности 1. В этом случае в автоколлиматоре видно четкое изображение перекресть , а в интерферометре - соответствующа  картина .в виде пр мых интерференционных полос, что свидетельствует об автоколлимационном ходе излучени . Достигнутое положение мениска фиксируетс . Затем перед мениском 2 устанавливаетс  на оптическую ось объектив 3, имеющий возможность отсчетного перемещени  вдоль оптической оси 001 (фиг. 2)

Объектив 3 перемещают вдоль оси OOi до тех пор, пока коллимированное излучение, преобразованное объективом 3, не сфокусируетс  в вершину выпуклой поверхности мениска 2. В этом случае в аатоколлиматоре или интерферометре видны соответствующие картины, свидетельствующие об автоколлимационном ходе излучени . В положении фокусировки излучени  в вершину мениска 2 снимаетс  отсчет ai. Затем мениск 2 убирают, чтобы обеспечить беспреп тственное перемещение объектива 3 вдоль оси 001 по направлению к детали 1. Объектив 3 перемещают до тех пор, пока коллимированное излучение, прербразо- ванное объективом 3, не сфокусируетс  в вершину измер емой детали 1 (фиг. 3). Регистраци  достигнутого положени  зналогимна описанной выше. В положении фокеусировки излучени  в вершину детали 1 снимаетс  отсчет 32. Затем искомый радиус кривизны сферической поверхности детали 1 рассчитывают по формуле:

„ S(RI-S;

к 2S-R1

где S Iai-a2 I -1.

Дл  повышени  точности фокусировки и повышени  контраста автоколлимационных картин целесообразно использовать светоделительное покрытие на вогнутой по- верхности мениска с соотношением/7: т « 2 : 1 и отражающее покрытие на поверхно- сти детали.

Среднеквадратична  погрешность OR измерени  радиуса определитс  из соотно- шени  ,,

,+(-§§-)«,

где (7Ri и os - среднеквадратичные погрешности измерени  параметров R и S.

SR л S2

8Ri dR

-А

-

(2 S - Ri

R

+

«S - Ц (2S-R,)2. Величина ffs в основном определ етс  погрешностью отсчетной шкалы измерени 

5 10 15 20

5

0

5

0

5

Claims (1)

1. перемещений объектива. Если прин ть, что 0s - ofo 0,01 Мм, что на практике достаточно легко реализуемо, то измерить радиус R 5000 мм поверхности детали, использу  телескопический мениск с радиусом кривизны вогнутой поверхности R 800 мм, можно с погрешностью OR 0,9 мм (что составл ет величину 0,018% от номинала измер емого радиуса), что в 5 раз точнее по сравнению с прототипом. Така  погрешность позвол ет уверенно измер ть радиусы по 1-му классу точности, что подтверждает достижение поставленной цели. Кроме того, дл  проведени  измерений необходима меньша  длина отсчетной шкалы перемещений (338 мм по сравнению с 622 мм у прототипа), что позвол ет сделать способ более технологичным. Формула изобретени  Способ измерени  радиуса кривизны сферической поверхности оптической детали , заключающийс  в том, что устанавливают перед деталью оптический элемент с вогнутой сферической поверхностью, обращенной к детали, фокусируют излучение с помощью элемента в вершину измер емой поверхности детали, фиксируют положение элемента и определ ют радиус кривизны, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в качестве оптического элемента используют телескопический мениск, перефокусируют излучение в вершину выпуклой поверхности мениска с помощью объектива, устанавливаемого перед мениском и смещаемого по ходу излучени , фиксируют величину ai отсчета смещени  объектива, убирают мениск, вновь перефокусируют излучение и фиксируют величину 32 отсчета смещени  объектива, а радиус кривизны определ ют по формуле

   S(RI-S;

   К 4 2S-Ri где S I ai-a2f -1,

   t - толщина телескопического мениска по его оптической оси;

   RI - радиус кривизны вогнутой поверхности телескопического мениска.