Способ измерения геометрических параметров поверхности объекта и устройство для его осуществления

/02 ю 6 Е ИЗОБРЕТ Пи 2тыми отражателями, предварительно аттестуют и освещают опорной волной, измеряют разность фаз интерферирующих измерительной и опорной волн при помощи фоточувствительного регистрирующего блока, содержаЩего и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей, и выФ числительного блока, входы которого подключены к выходам фоточувствительного регистрирующего блока, При этом поверхность обьекта и обраэцову 1 о поверхность освещают совокупностью и пространственно разнесенных световых пучков; сформированных при помощи саетоделителя, состоящего из полупрозрачных зеркал и установленного по ходу излучения после коллиматора. Измерения выполняют при нескольких последовательно устанавливаемых значениях длины волны излучения, предварительно аттестуя расположение геометрических осей и пучков, а разность фаэ интерферирующих волн определяют вдоль осей упомянутых световых пучков на выходах объективов оптической системы, установленной. на выходе светоделителя, по фотоэлектрическим интерференционным сигналам многоэлементных фотоэлектрических преобразователей. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. тЕТРИЧЕСТИ ОБЪЛЯ ЕГО Цель изобретения - повышенсти определения геометрическихроа поверхности объекта,На чертеже показана схема имого устройства. точно- раметизиерителььз,вано дляизмерения объектов с хностью, наГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский институт точной механики и оптики(56) Оптический производственный кон роль Под ред. Д,Малакары. - М.: Машиностроение. 1985, с, 366.Патент США М 4776699,кл. 6 01 В 9/02, 1988.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОЕКТА И УСТРОЙСТВО ДОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного бесконтактного измерения отклонений формы и размеров объектов с зеркальной отражающей поверхностью, например прецизионных линз, Цель изобретения - повышение точности измерений. При помощи источника излучения с коллиматором формируют монохроматическое излучение, разделяют его на измерительную и опорную волны при помощи п полупрозрачных отражателей, освещают поверхность объекта измерительной волной, а образцовую поверхность, образованную упомянуИзобретение относится к ной технике и может быть испо высокоточного бесконтактног .отклонений формы и размеро зеркальной отражающей повер пример прецизионных линз. 825978 А 1Устройство содержит источник 1 излучения с коллиматором 2, светоделитель 3, образцовую поверхность 4, установленную по обратному ходу лучей на выходе светоделителя 3, оптическую систему 5, фоточувствительный регистриртующий блок 6, вычислительный блок 7, при этом источник 1 излучения выполнен с изменяемыми известными значениями длины волны А, свето- делитель 3 выполнен в виде блока формирования пространственно разнесенных световых пучков 8 - 12, в частности, в виде последовательно расположенных полупрозрачных зеркал 13 - 17, образцовая поверхность 4 представляет собой совокупность и отражателей 18-22, являющихся опорными отражателями и одновременно светоделителями для световых пучков 8-12, оптическая система 5 выполнена в виде и объективов 23 - 27, фоточувствительный регистрирующий блок 6 выполнен в виде и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей 28 - 32, причем многоэлементные фотоэлектрические преобразователи 28 - 32 расположены на выходах оптической системы 5, входы вычислительного блока 7 подключены к выходам многоэлементных фотоэлектрических преобразователей 28 - 32,Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого устройства следующим образом.При.помощи источника 1 с коллиматором 2 формируют монохроматическое излучение, разделяют его на измерительную и опорную волны при помощи отражателей 18 - 22, освещают поверхность объекта измерительной волной, а образцовую поверхность, образованную отражателями 18-22, предварительно аттестуют и освещают опорной волной, измеряют разность фаз интерферирующих измерительной и опорной волн при помощи фоточувствительного регистрирующего блока 6 и вычислительного блока 7, Математическое описание вычислений приведено в приложении. При этом поверхность объекта и образцовую поверхность 4 освещают совокупностью и пространственно разнесенных световых пучков, сформированных при помощи полупрозрачн.ых зеркал 13 - 17 светоделителя 3, при нескольких последовательно устанавливаемых значениях длины волны Ь источника 1, предварительно аттестуя расположение геометрических осей и пучков 8-12, а разность фаз интерферирующих волн определяют вдоль осей световых пучков 8-12 на выходах й объективов 28-32 оптической системы 5 по.фотозлектрическим интерференционным сигналам и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей 28 - 32.Конкретными примерами отдельных5 зламентов устройства являются следующие.Источник излучения 1 может быть выполнен в виде спектральной лампы, снабженной монохроматором, набора лазеров сдлинами волн А = 0,63 мкм (ЛГН - 302, ЛГН 10 303), 0,61 м км (модификация Л Г Н - 303), 0,55мкм (" Монолог" ) и т.п., а также с помощьюперестраиваемого лазера с широким диапазоном длин волн (лазер на красителях),В качестве коллиматора 2 можно использовать обратную телескопическую систему с увеличением 10" - 20".Элементы 13 - 17 блока светоделителя 3представляют собой полупрозрачные зеркала или светоделительные кубики, причем ихрасположение не обязательно является последовательным,Опорные отражатели 18 - 22 представляют собой достаточно тонив стеклянныепластинки с углом клина 0,3 -1 и небольшим световым диаметром в несколько миллиметров, причем пластинки установленына стабильных юстировочных подставках сфиксацией положения.Объективы 23 - 27 оптической системы 5представляют собой телескопические объективы с малым световым диаметром и увеличением 5"-10".Многоэлементные фотоэлектрическиепреобразователи 28-32 представляют собой приборы с зарядовой связью, например, типов К 1200 ЦЛ 2, К 1200 ЦМ 7,снабженные встроенными блоками управления и АЦП на выходе,Вычислительный блок 7 может быть ре 40 ализован на базе персональных микроЭВМ,например, типа ДВК или семейства 1 ВМ.Световые пучки 8-12 могут быть непараллельными, расположенными под некоторыми углами друг к другу для расширения45 области измерений поверхности объекта.Аттестация образцовой поверхности 4может быть предварительно проведена с ис, пользованием меры плоскостности(аттестация расположения отражателей 18 - 22вдоль осей световых пучков 8-12) и мерыкруглости (аттестация ориентации отражателей 18-22 по углу).Мера плоскостности реализуется, например, в виде оптического клина круглой55 формы (по диаметру объекта в вертикальнойплоскости), причем одна из поверхностеймеры выполняется с высокой плоскостью иаттестуется. Расстояние от аттестованнойплоскости до отражателей 18-22 предвари 1825978тельно определяют по интерференции для волн 4 источника 1.Мера круглости может быть выполнена в виде цилиндра, сегмента цилиндра или сферы, ранее аттестованных по абсолютному значению радиуса кривизны. Угловую ориентацию отражателей 18 - 22 предварительно определяют, например, по положению центров интерференционных картин типа колец Ньютона, наблюдаемых на выходах оптической системы 5,Аттестацию расположения геометрических осей световых пучков 8 - 12 выполняют, например, при помощи штриховой меры длины, причем регистрацию положения штрихов осуществляют с помощью одновременно и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей 28-32.Следовательно, в предлагаемом решении геометрическое расположение всех элементов аттестовано вплоть до фотоэлектрических интерференционных сигналов, что обеспечивает реализацию абсолютных измерений и позволяет по сравнению с известными решениями повысить точность определения геометрических параметров поверхности обьекта.Совокупность световых пучков 8 - 12 может быть сформирована также с расположением геометрических осей в виде двумерной структуры, по двум координатам, Число и определяется видом поверхности объекта с учетом зоны чувствительности (см, Приложение)и соображений экономической целесообразности. Соответственно расположению геометрических осей световых пучков 8-12 используют двумерную штриховую меры, рисунок которой в этом случае должен быть предварительно аттестован по значениям шага штрихов по двум координатам.Измеряемый объект может иметь как выпуклую, так и вогнутую поверхность.В предлагаемом устройстве используют и пространственно разнесенных световых пучков, что позволяет устранить присущую известному решению необходимость в выполнении операций фокусировки единственного пучка и перемещения образца.Используя в опорной ветви образцовую поверхность в виде отдельных участков плоской поверхности, в предлагаемом решении повышают точность измерений за счет более точного изготовления малогабаритных опорных отражателей при обесп(,ении возможности их расположения под различными ракурсами по отношению к объекту, что расширяет зону регистрации параметров поверхности, Малые значения зазоров меж 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ду опорными отражателями и поверхностью объекта обеспечивают высокую помехозащищенность устройства.Регулируя и аттестуя геометрическое расположение оптических элементов устройства, добиваются реализации принципа абсолютных измерений геометрических параметров поверхности.Используя и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей, достигают заметного увеличения разрешающей способности устройства по фронту интерферирующих волн, в там числе в расширенной зоне регистрации параметров поверхностиИспользование опорных отражателей малой толщины позволяет практически устранить погрешности хроматизма при использовании источника оптического излучения с произвольно устанавливаемой длиной волны.Предлагаемое техническое решение обеспечивает существенное снижение как случайной, так и систематической составляющей погрешности и тем самым обеспечивает по сравнению с известными решениями существенное повышение точности определения геометрических параметров поверхности объекта.Использование в предлагаемом техническом решении рассмотренных операций, а также аттестации геометрического расположения элементов устройства, в том числе после юстировки, непосредственно по фотоэлектрическим сигналам, устраняет систематические погрешности измерений и подтверждает достоверность достижения поставленной цели - повышения точности определения геометрических параметров поверхности объекта.Формула изобретения 1. Способ измерения геометрических параметров поверхности объекта, заключающийся в том, что формируют монохроматическое излучение, разделяют его на измерительную и опорную волны, освещают поверхность объекта измерительной волной, а аттестованную образцовую поверхность освещают опорной волной, измеряют разность фаз интерферирующих измерительной и опорной волн, по значениям которой судят о геометрических параметрах поверхности объекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения геометрических параметров поверхности объекта, формируют аттестованные по расположению геометрических осей световые пучки, .поверхность объекта и образцовую поверхность освещают совокупностью сформированных пространственно разнесенных световых1825978 И. Гуроворгентал Корректор С. Патрушев Составите Техред. М лако Редакто Тираж Подписноеосударотвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 2314 ВНИИПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 пучков при нескольких последовательно устанавливаемых значениях длины волныизлучения, а разность фаз интерферирующих волн определяют вдоль осей световых пучков, 5 2. Устройство для измерения геометри-. ческих параметров поверхности объекта, содержащее источник излучения, последовательно установленные по ходу излучения 10 коллиматор, светоделитель, образцовую поверхность, установленную по обратному ходу лучей на выходе светоделителя оптическую систему и фоточувствительный регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я 15 тем, что, с целью повышения точности определения геометрических параметров поверхности объекта, она снабжено вычислительным блоком, источник излучения выполнен с изменяемыми значениями длины волны, светоделитель выполнен в виде блока формирования и пространственно разнесенных световых пучков, образцовая поверхность представляет собой совокупность и отражателей, оптическая система выполнена в виде объективов, фоточувствительный регистрирующий блок выполнен в виде и многоэлементных фотоэлектрических преобразователей, многоэлементные фотоэлектрические преобразователи расположены на выходах оптической системы, а входы вычислительного блока подключены к выходам многоэлементных фотоэлектрических преобразователей,