Разработка и исследование дифракционных методов измерений на основе "зеркальной" апертуры

• Автор: Иванов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ. Дифракционные методы контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов. Формулировка цели и постановка
задач исследования
ГЛАВА 1. Описание дифракционных методов контроля с позиции Фурье-оптики. Основные математические модели
1.1 Формирование измерительного сигнала в ДМК. Способы извлечения информации о параметрах объекта из измерительного сигнала
1.2 Оптические системы обработки информации, использующие фазовую информацию в измерительном сигнале
1.2.1 Центрирование оптических систем методом ассиметрии
1.2.2 Дифракционный метод фазирования сегментной оптики
1.2.3 Дифракционный метод контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов, использующий точки инверсии фазы в частотном спектре
1.2.4 Когерентная измерительная система, основанная на комбинации интерференционного поля и синусоидальной дифракционной
решетки
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 2. Теоретическое исследование дифракционных схем контроля вносящих фазовую информацию о параметрах контролируемого объекта на стадии формирования входного сигнала
2.1 Формирование входного фазового сигнала, несущего информацию о геометрических параметрах объекта
2.2 Расчет дифракционной картины от апертуры, образованной краем контролируемого объекта и плоской отражающей поверхностью
2.3 Интерпретация возникающей в дифракционной картине системы полос как муаровой и исследование взаимосвязи между параметрами
полос и геометрической формой апертуры. Точностной анализ ОСОИ на базе «зеркальной» апертуры
2.4 Анализ источников искажения частотного спектра
2.5 Расчет дифракционной картины от модифицированной «зеркальной» апертуры. Исследование муаровой картины, полученной вычитанием
частотных спектров
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование ДМК, использующей «зеркальную» апертуру.
3.1 Программа экспериментальных исследований и описание установки для проверки основных положений и выводов теоретической части
работы
3.2 Предварительная обработка муаровой картины
3.3 Методика проведения и результаты экспериментальных
исследований
Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. Исследование возможностей практического применения ОСОИ формирующей фазовый сигнал измерительной информации
4.1 Исследование возможности применения ОСОИ использующей «зеркальную» апертуру для контроля прямолинейности профиля кромок
объектов
4.2 Другие возможные области применения разработанной ОСОИ для контроля геометрических параметров объектов
4.3 Исследование возможности применения ОСОИ для контроля
пространственного положения объектов
Основные результаты и выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ДИФРАКЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ. ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Современная технология точного приборостроения предъявляет весьма жесткие требования к качеству и надежности комплектующих деталей, что может быть обеспечено лишь их 100 процентным контролем. Контроль конфигурации и линейных размеров деталей точного приборостроения осуществляемый с помощью проекторов и микроскопов, разработанных еще в 70-е годы непродуктивен. Процедура контроля здесь производится человеком, требует значительных затрат времени и поэтому малопроизводительна. Создание автоматических систем на базе этих средств, как показал опыт, сопряжено с серьезными техническими трудностями [49].
По мере уменьшения размеров элементов и роста требований к точности измерений возникают трудности, связанные с необходимостью повышения качества изображения микрообъективов, строящих изображение измеряемого объекта. Повышение разрешающей способности микрообъективов связано, в частности, с увеличением апертуры. Это приводит к уменьшению глубины резкости, и, как следствие, к ошибкам наводки и снижению точности фотоэлектрических измерений малых размеров. Кроме того, повышаются требования к качеству измерительной системы в целом, особенно к оптико -механической сканирующей части прибора, осуществляющей последовательное наведение на края изображений контролируемых элементов, что ведет к значительному усложнению фотоэлектрических приборов с уменьшением измеряемых размеров. Стоимость таких приборов высока, кроме того, из за сложности и трудности автоматизации их очень сложно встраивать в технологические линии. Поэтому в производственном

величину к в частотных спектра, соответствующих щелевым апертурам. Тогда эти множители можно представить как функции пропускания двух пространственных квазирешеток
/, (х,у)
ка{у)х
*2 (*,Д)
ка(у)
- + в

В этом случае возникающие в дифракционной картине поперечные полосы можно интерпретировать как муаровые, описываемые умножением этих двух функций пропускания.
Для определения параметрического уравнения муаровых полос можно воспользоваться методикой, изложенной в работах [14,45]. В соответствии с ней сначала необходимо определить параметрические уравнения линий каждой из квазирешеток. Для этого функции /,(х,у)и Г2(х,у)приравниваются к нулю, и полученные уравнения решаются относительно порядка минимумов этих функций, что позволяет получить параметрические уравнения
Г,(х,у) = 0,
ка{у)х 2
*2(х,У) = 0,
= тя,
к а(у)

+ в
:(2й + 1)

ка(у) х
2 я/ ш = 0, ±1,±2

ка(у)(х// + 9)-я 2~я :
п - 0, ±1, ±2,
Параметрическое уравнение муаровых полос может быть определенно
как разность параметрических уравнений функций пропускания решеток
-ка(у)в + я
р-т-п = . (2.24)
2 я
Из выражения (2.24) видно, что форма «зеркальной» апертуры не влияет на ориентацию муаровых полос - они всегда будут ориентированы