Способ контроля асферических поверхностей

(51 ЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВ 8, .1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ А ВТОРСКОМУ Св(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ АСФЕРИЧЕСКИХПОВЕРХНОСТЕЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, Цельизобретения - повышение точности контроля асферических оптических поверхностей эа счет выделения первой гармоники огибающей монохроматическойсветовой волны, отраженной от поверхности, которая синусоидально промодулирована в фокальной плоскости контролируемои поверхности, Фаза огибающей волны определяется углом нормалик оптической поверхности, В устройстве, реализующем способ, плоская волна формируется при помощи источника1 излучения, расширителя 2 монохроматического излучения и диафрагмы 3.Посредством зеркала 4 и призмы 5световой пучок попадает на зону 1,контролируемой поверхности 7. Отраженная световая волна синусоидальномодулируется в фокальной плоскостипри помощи модулятора 8 анализатораиэображения, ось вращения которогосмещена относительно фокуса поверхности 7. Фаза огибающей оптическогосигнала, несущая информацию об углеотклонения от нормали заданной поверхности, выделяется путем обработкиэлектрического сигнала, 1 ил,Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьцс.11 ольэоцано при контроле асферичес:,11 л оптических цонерхцостей цри иэгоон;1 еции линз и зеркал с асферическиповерхцостями в оптическом приборостроении.Пел 1 изобретения - повышение точ 11 Отц контроля асферических оптическцх цоцерхцостей за счет выделенияцервой гармоники огибающей монохрома"ц 1 есксй световой во.1 ны, отраженнойо 1 поверхсоти, которая сццусоидальо промодулирована в фокальной плос г,:ц 1111 отр изображеция (МАИ),рс:1.1 Н 111; 11 э:1; чец 11 я (ПИ) 9 основНого1,:ла,;11 л 11 тель 1 О, источник 11о 1 г 111 ес 1;1 1 11 эс.уцс ция опорного ка -:ц;:1;1, фаэовра 111 атель 13, Фазовый деге 111 ор 14атчцк 15 линейных перес 111 ец 1111, 1111 кропроцессор (МП) 16 ицстему 17 ицдикации.Устройство работает следующим об 35раэсм,Излучецие лазера 1, сформированое расширителем 2 и диафрагмой 3,:.глравляется посредством зеркала 4 ирсэМЫ 5 ПараЛ 1 ЕЛЬНО ОПтИЧЕСКОй ОСИцтцческой поверхности 7, После от 1 :,;ецР 1 я от коцтролируемой зоны поверхности 7 в меридианальном сечениицэлучецие попадает на МАИ 8, установе Р 1 цыР 1 в фокальноР 1 плоскости контро 4лцруемой поверхности 7Если в контролируемой зоне отсутствуют погреш.;Оти формы, то изображение диафраг;"ы 3 совпадает с фокусом поверхности7. Гсли имеются погрешности формы,эа,саваемые отклонением нормали В М 1,то изображейие диафрагмы 3 смещено1(,1относительно Фокуса на величину 4 х ,При этом центр вращения МАИ смещенотносительно оптической оси вдоль осиОх на,величину Ъ. Измерение величины11 ц 11 . для ка 1 кдой эоны (1 с,1.) в устройстве осуществляется следующим образом, Отраженное от эоны поверхности 7 оптическое излучение после МАИ 8попадает на ПИ 9, электрический сигнал с которого усиливается и подается на первый вход Фазового детектора 14, Одновременно формируется опорный сигнал оптронной парой, состоящей иэ источника 11 излучения и приемника 12 излучения. Электрическийопорный сигнал через усилитель 10и фазовращатель 13 подается на второй вход фазового детектора 14, Сиггал с последнего и сигнал с датчика15 линейных перемещений, задающегоконтролируемую зону поверхности, поступают на МП 16 одновременно, Послеобработки информации на МП 16 по приведенному алгоритму результаты контроля выдаются на систему 17 индикацииили ца программно-командный блокстанка, если при доводке асферической поверхности используется АСУ ТП,Зависимость выходного сигнала с ПИ 9 основного канала при наличии погрешцости формы у контролируемой асФерической поверхности 7. Для упрощения анализа считают, что контролируемая поверхность 7 является дифрак. ционцо ограниченной оптической системой квадратной формы со стороной Р, а источник монохроматического излучения состоит из лазера 1, расширителя 2 и диафрагмы 3 квадратной Формы со стороной 2 а. Анализ изображения диафрагмы 3 производится в плоскости Гаусса (О,х Р у,), где располагается МАИ 8, представляющий собой вращающийся с постоянной угловой скоростью Я секторный растриэ набора прозрачных и непрозрачных секторов, пространственный период которого Т, а его коэффициент пропускания описывается Ьункцией Амон (хР,у ). При этом центр растра смещен в поперечном направлении вдоль оси Ох, на величину Ъ, Для преобразования энергии отраженного от контролируемой поверхности 7 оптического излучения в электрическую после МАИ 8 помещен ПИ 9, центр чувствительной площадки1 которого совпадает с фокусом Г контролируемой поверхности. Чувствительность квадратной площадки ПИ 9 со стороной 2 с описывается функцией Н(х,УР), а свойства ПИ 9 определяются величиной чувствительности Я , и характеристикой Б(Л)0,., а инерционные свойства ПИ 9 характе0 при остальных 41) Р ( 4). ЧХ / ). аЧ ) / (4 Х сх + /)У г с)ч ) у 1,2М - номер контролиру емого меридианального сечения,Погрешность формы асфери )еских поверхностей задается углом отклонения нормали к реальному профилю от нормали к геометрически заданномуПри этом лу= О. Тогда для асферических поверхностей, мери 1 иацальные сечения которых описываются уравнениями р.(хяу)у можно получить выражение, устанавливающее однозначную часть между в х, и д "ьх = (1 са - -)"аГ 2 Анализ (5) показывает, что информация о погрешности формы каждой содержится в фазе первой гармоники сигнала, снимаемого с ПИ 9,Таким образом, для каждой зоны го 1 тролируемой поверхности фаза пер риэуются его частотной характеристикой Н .Делят входной зрачок коцтролируВемой поверхности на=равных 52 а частей вдоль осей Оу Ои находят выражение для сигнала с ПИ 9 У (с) при исследовании поверхности 7 плоским когерентным волновым фронтом, Считают, что на исследуемую зоцу (р.,г) квадратной формы падает плоС- кая когерентная волна с амплитудой П,х-са у,Ц(х,у) = П гесС( , ) (1)а2 а 1,2 ууу,предположить лццсЙцость устспектр сигнал для каждой 1) на выходе ПИ 9 определяет- ением яр 2 агс яр 1/я)са -- ,у, )+2 ар1ср 2 агсср 1/г ра -- , у )1221 (4) Подставляя в (2) выражения для передаточных функций отдельных каскадов преобразования зондирующего 51 оптического сигнала и выражение зональной когерентцой передаточной Функции контролируемой повевхности где Й ( /, у /у, с ) =РА гя Г х ( с ), у Ц передаточная функция ИАИ 8;Н 41)( 11/у) - передаточная функция ПИ 9;У(а,я 1 у) - СПЕКтр ИЗОбражЕНИя4диафрагмы 3;Г( ч, - зональная когерентцая передаточная функция контролируемой поверхности 7 при цгчличии волновой абберации 1(-4 яв 1 Г )/), обусловленной погрешностью формы (г - фокусное расстояние контролируемой поверхности 7; 1 - длина волнь 1 зоцдирующего оптического излучения).)г,)Бызажецие для Н( )уу) при пали г)111 г ПОГРЕ 111 ЦОСтп фОР 1,1 ПОЦЕРХЦОСти у рцводлщей к смещецию иэображения диафрагмы 3 в плоскости Гаусса Ох ус. с ВД) 1 Ь ОСИ Х р Ца ВЕЛЦЧИЦР )1 ХИ оси У, ца величинУ с)У" , имеет виД(-д К, - А Гу у у при наличии у цее погрешности формы, задаваемой величиной угла отклонения от нормали для каждой эоны др ",и, вычисляя обратное преобразование Фурье от полученного спектра, получают выражение для сигнала на выходе ПИ 9 в виде 1 с, 1 211а1, (с)=А В+Есоя -,; чс+(1 са - -)угр 2 агсгр 1/я)са в ,у,)+2 Ру 1Ся 2 агсгр 1/я )га -- , у где А= 8 а 1 оБмсркс Я(Л)оуи Сф С 2)а В= - ядпС ( -- ); 2 Т Т, 211 а . 4711 С Е= - япС 2ядпС; 211 Тх Тх ч= 1 у.) ,1379626 вой гармоники сигнала с ПИ 9 Фопределяет величину отклонения отнормали д у ", проведенной в центрконтролируемой зоны,са - 9, у, ) + 2 щ1 Ьа ; у.1 2 агсср 1/я Ф,.= (1 са 2 Ср 2 агсср 1/к где 1 с = 1,2 .,И -Р - апертура контролируемой поверхностиа - апертура основной плоской волны опномер контролируемой зоны в меридианальном сечении поверхностиномер контролируемого меридианального сече 25 1 = 1,2И тического иэлучения;уравнения кривыхмеридианальныхсеченийконтролируемой поверхг(х,у) ния поверхности 30 ЭИ =2 а ности. Составитель В.ЧулковТехред Л,Олийнык Корректор М.Шароши Редактор О,Юрковецкая Заказ 970/42 Тираж 680 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 Ф о р мул а и з о б р е т е и и яСпособ контроля асферических поверхностей, заключающийся в формиронанни плоской монохроматической волны оптического излучения, дискретном сканировании эоны меридиальных сечений асферической поверхности, преобразовании отраженного потока оптического излучения в электрический сигнал, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, одновременно формируют опорныйпоток оптического излучения, синусоидально модулируют в фокальной плоскости асферической поверхности отраженный и опорный потоки оптического излучения, преобразуют модулированные потоки оптического излученияв основной и опорный электрическиесигналы соответственно, определяютразность фаз первой гармоники основного электрического сигнала и опорного электрического сигнала фвычисляют для каждой зоны (1 с,1) погрешность формы в виде угла отклоненияот нормали к асферической поверхности 6 Ю . при помощи соотношения