Способ измерения рабочего отрезка объективов и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Сфез Сфветскнк Соцналистическив Ресттублик(22) Заявлено 230779 (21) 2805776/18-23с присоединением заявки Ио(23) Приоритет(51)М. Кл.з 601 М 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 071181(54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОЧЕГО ОТРЕЗКАОБЪЕКТИВОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для технологического измерения и аттестационного контроля величины рабочего отрезка объективов в условиях серийного и массового производства.Известен способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в построении иэображения тест- объекта в плоскости анализа и совмещения ее с предметной плоскостью объектива 111.Способ осуществляется устройством, содержащим последовательно расположенные тест-объект и оптическую систему переноса изображения тест-объекта.Недостатками способа и устройства являются субъективность контроля и малая производительность.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в построении изображения тест-объекта в плоскости анализа, сканирования ее по глубине с последующей одновременной низкочастотной и высокочастотной пространственной Фильтрацией изображения. тестобъекта, преобразовании сигнала вовременную последовательность амплитудно-модулированных сигналов, делениисигналов на два канала, выделенииогибающих сигналов, сравнении Фазысканирующего сигнала с Фазами огибающих, по результату которого вырабатывают сигнал на перемещение объектива 2 .Способ осуществляется устройством, содержащим последовательно расположенные тест-объект, оптическуюсистему переноса изображения тестобъекта в предметную плоскость, объек" 5 тив с механизмом перемещения, мнкрообъектнв с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенныхна нЕсовпадающих дорожках штриховыхрешеток, одна из которых нормирующая 20 и Фотоприемник, на вход которого параллельно подключены два канала обработки сигнала, каждый из которыхсостоит иэ узкополосного фильтра идетектора, причем. узкополосный фильтр,имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте нормирующей штриховой решетки растра, подключен к первому каналу, фаэовую схему управленияперемещением объектива, генератор 30 опорного напряжения, связанный с при879357 водом микрообъектива и первым входом фаэовой схемы. Устройство содержит также сумматор, входы которого подключены к выходам каналов обработки сигналов, а выход соединен с вторым входом фазочувствительной схемы.Недостатком способа и устройства является недостаточная точность измерения, связанная с возможностью окончания процесса измерения и последующей фиксацией положения не Фокальной плоскости объектива, а плоскости, находящейся вблизи нее, определяемой положением побочного максимума высокочастотного сигнала, соответствующего побочному максимому на расфокусировочной кривой для высокой 15 пространственной частоты.Целью изобретения является повышение точности измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения. 20Указанная цель достигается тем, что в способе измерения рабочего отрезка объективов, заключающемся в построении изображения тест-объекта в плоскости анализа, сканирования ее по глубине с последующей одновременной низкочастотной и высокочастотной пространственной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании оптического сигнала во временную последовательность амплитудно-модулиро- ЗО ванных сигналов, делении сигналов на два канала, выделении огибающих сигналов, сравнении Фазы сканирующего сигнала с Фазами огибающих, по результату которого вырабатывают сиг нал на перемещение объектива, определяют максимальную величину амплитуцы побочного максимума высокочастотного сигнала при расфокусированном положении объектива, выделяют управ- Ао ляющий сигнал на перемещение объектива по Фазе огибающей низкочастотного сигнала и при превышении амплитудой высокочастотного сигнала величины максимальной амплитуды сигнала побочного максимума Формируют управляющий сигнал по фазе огибающей высокочастотного сигнала. Кроме того, укаэанная цель достигается тем, что в устройство для осуществления способа, содержащее последовательно расположенные тест- объект, оптическую систему переноса изображения тест-объекта в предметную плоскость, объектив с механизмом перемещения, микрообъектив,с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна из которых нормирующая, и фотоприемник, на выход которого параллельно подклю чены два канала обработки сигнала, каждый из которых состоит из узкополосного фильтра и детектора, причем узкополосный фильтр, имеющий полосу пропускания, соответствующую частоте б 5 нормирующей штриховой решетке растра, подключен к первому каналу, фазовую схему управления перемещением объектива, генератор опорного напряжения, связанный с приводом микрообъектива, первым входом фазовой схемы, введены два фильтра нижних частот, два ключа, компаратор и источник опорного напряжения, причем входы фильтров нижних частот соединены с выходами детекторов, выходы - с информационными входами ключей, управляющие входы которых подключены к выходу компаратора, а выходы соединены с вторым входом фазовой схемы управления, первый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход - к выходу фильтра нижних частот второго канала.На чертеже приведена функциональная схема устройства.Устройство содержит источник 1 света, конденсатор 2, тест-объект 3, выполненный в виде щелевой диафрагмы, объектив 4, контролируемый объектив 5, микрообъектив б, диск 7 анализатора, фотоприемник 8, электродвигатель 9, усилитель 10, полосовые фильтры 11, 12, детекторы 13, 14, фильтры 15, 16 нижних частот, конденсаторы 17, 18, компаратор 19, ключевые элементы 20, 21, фазочувствительный детектор 22, усилитель 23 мощности, электродвигатель 24, механизм 25 осевого. перемещения, генератор 2 б опорных напряжений, привод 27, отсчетное устройство 28, источник 29 опорного напряжения.Тело накала источника 1 света проектируется с помощью конденсатора 2 на целевую диафрагму 3. Изображение щелевой диафрагмы 3, расположенной в фокусе объектива 4, строится в фокальной плоскости контролируемым объективом 5 и переносится микро- объективом б в плоскость анализа, в которой установлен диск 7 анализатора.Диск 7 анализатора проводит пространственный анализ спектра изображения щелевой диафрагмы 3, имеющий спектр, близкий к непрерывному. Световой поток, промодулированный частотами, определяемыми частотой нанесения штриховых решеток на диск анализатора. 7 и коростью вращения электродвигателя 9, попадает на фотоприемник 8.Генератор 26 опорных напряжений связан с приводом 27,передающим колебательные движения микрообъективу б. Колеблющийся микрообъектив б осуществляет глубинное сканирование изображения щелевой диафрагмы 3, осуществляя амплитудную модуляцию электрического сигнала, снимаемого с фотоприемника 8.Электрический сигнал, снимаемый с фотоприемника 8, усиливается усилителем 10 и поступает на полосовые фильтры 11, 12, выделяющие первую гармоническую составляющую, амплитуда которых связана с текущим положением контролируемого объектива. Сигнал с выхода фильтров 11, 12 детектируются детекторами 13, 14, сглаживаются фильтрами 15, 16 нижних частот, Модулирующая огибающая отделяется от постоянной составляющей конденсаторами 17, 18 и поступает на информационные выходы ключевых элементов 20, 21 с выхода которых поступает на второй вход фазочувствительного детектора 22, на первый вход которого поступают опорные сигналы с генератора 26 опорных напряжений. 15Напряжение с выхода фазочувствительного детектора 22 усиливается усилителем 23 мощности и поступает на электродвигатель 24, который, вращаясь, перемещает механизм 25 осе вого перемещения, связанный с контролируемым объективом 5.При нахождении контролируемого объектива 5 в положении, соответствующем совмещению Фокальной плоскости контролируемого объектива 5 со средним положением предметной плоскости микрообъектива б, и при сканировании микрообъективом б на конденсаторах 17, 18 выделяется модулирующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна удвоенной частоте сканирования микрообъектива б. При этом на выходе фаэочувствительного детектора 22 формируется напряжение, постоянная составляющая которого равна нулю и контролируемый объектив 5 не перемещается.При нахождении контролируемого объектива 5 в ином положении на конденсаторах 17, 18 выделяется модули рующая огибающая, первая гармоническая составляющая которой равна частоте сканирования микрообъектива б, а Фаза зависит от знака смещения контролируемого объектива 5. На выходе 45 фазочувствительного детектора 22 Формируется пульсирующее напряжение соответствующего знака, которое перемещает контролируемый объектив 5 в положение, соответствующее его Фактическому рабочему отрезку, величина которого считывается с помощью отсчет- ного устройства 28.При значительном смещении контролируемого объектива 5 от положения, соответствующего фактическому рабоче му отрезку, напряжение на выходе фильтра 16 нижних частот близко к нулюеКомпаратор 19 вырабатывает напряжение открывающее ключевой элемент 20.50 При этом устройство работает на нормирующей (низкой ) пространственной частоте.При малых смещениях контролируемого объектива 5 на выходе фильтра 65 16 низких частот появляется напряжение. При превышении этого напряжения величины опорного напряжения О,й, задаваемого источником 29 опорного напряжения, компаратор 19 запирает ключевой элемент 20 и отпирает ключевой элемент 21, и устройство продолжает работу на высокой пространственной частоте.Уровень ОоП выбирается выше уровня, соответствующего побочным максимумам на расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты.Таким образом, при значительныхрасфокусировках работа устройства основывается на модуляции расфокусировочной кривой для нормирующей(низкой пространственной частоты, затем на модуляции расфокусировочной кривой для высокой пространственной частоты с исключением существующих на ней побочных максимумов.Формула изобретения1. Способ измерения рабочего отрезка объективов, заключающийся в пост"роении изображения тест-объекта, вплоскости анализа, сканировании ее по глубине с последующей одновременнойнизкочастотной и.высокочастотной пространственной фильтрацией изображения тест-объекта, преобразовании оптического сигнала во временную последовательность амплитудно-модулированных сигналов, делении сигналов на два канала, выделении огибающих сигналов, сравнении фазы сканирую" щего сигнала с фазами огибающих, по результату которого вырабатывают сигнал на перемещение объектива, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, определяют максимальную величину амплитуды сигнала побочного максимума высокочастотного сигнала при. расфокусированном положении объектива, выделяют управляющий сигнал на перемещение объектива по фазе огибающей низкочастотного сигнала и при превышении амплитудой высокочастотного сигнала величины максимальной амплитуды сигнала побочного максимума формируют управляющий сигнал по фазе огибающей высокочастотного сигнала.2. Устройстьо для осуществления способа по п.1, содержащее последовательно расположенные тест-объект, оптическую систему переноса иэображения тест-объекта в предметную плоскость, объектив с механизмом перемещения, микрообъектив с приводом, диск анализатора с растром в виде расположенных на несовпадающих дорожках штриховых решеток, одна иэ которых нормирующая, и фотоприемник,879357 Составитель П,Юровдактор Т,Зубкова Техред С,Беца Корректор М.Шароши 1ко писное ета СССитийя наб.,ушс филиал ППП д, ул.Проектная,4 ент", г.ужг на выход которого параллельно подключены два канала обработки сигнала,каждый из которых состоит из узкополосного фильтра и детектора, причемузкополосный фильтр, имеющий полосупропускания, соответствующую частотенормирующей штриховой решетки растраподключен к первому каналу, фазовуюсхему управления перемещением объектива, генератор опорного напряжения,связанный с приводом микрообъективаи первым входом фазовой схемы, о т - ол и ч,й ю щ и.й с я тем, что в неговведены два фильтра нижних частот,два ключа, компаратор и источник опорного напряжения, причем входы фильтров нижних частот соединены с выхо Заказ 9704/8 Тираж ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рдами детекторов, выходы - с информационными входами ключей, управляющиевходы которых подключены к выходукомпаратора, а выходы соединены свторым входом фазовой схемы управления, первый вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения,а второй вход - к выходу фильтра нижних частот второго канала.Источники информации,принятые во внимание при зкспертизе1.Кривовяз Л.М., и др. Практикаоптической измерительной лабораторииМ., "Машиностроение", 197 б, с.218,2. Авторское свидетельство СССР9 415536, кл. 601 М 11/02, 1972