CC BY
1
Podshibyakin Alexander Sergeevich, researcher at the research laboratory, Russia, St. Petersburg, A.F. Mozhaisky Military Space Academy
УДК 681.787:628.955.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2025-2-399-400
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКОГО МИКРОЭЛЕМЕНТА ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ФОЛЬГИ РОДИЕВОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ
УСТАНОВКОЙ
Е.Е. Майоров, Ю.М. Бородянккий, Р.Б. Гулиев, А.В. Дагаев, И.С. Таюрская
В работе рассмотрена возможность применения экспериментальной интерференционной установки для исследования отражающей поверхности плоского микроэлемента на основе фольги родиевой, применяемого в системах зеркальной оптики. Современные интерференционные методы и средства способны проводить высокоточные и достоверные измерения для решения ряда сложных задач, роль которых с каждым днем стремительно растет, поэтому данная работа перспективна. В работе приведена оптическая схема экспериментальной установки и технические характеристики. Получены размах и среднеквадратическое отклонение в микрометрах, а также распределение коэффициента отражения в двух направлениях x и y для отражающей поверхности.
Ключевые слова: плоский микроэлемент, интерференционная установка, коэффициент отражения, длина волны излучения, исследуемая поверхность, фольга родиевая, размах, среднеквадратическое отклонение.
Научные исследования тогда и только тогда себя оправдывали, когда речь шла об высокоточных, достоверных и надежных измерениях [1]. В наши дни без измерений сложно познавать материальный мир его природу возникновения [2]. Исследователи активно изучают различные процессы в научно-практических направлениях, что ведет к появлению новых методов и технических средств в научной базе исследований [3]. В настоящее время проводятся эксперименты не только над природными явлениями, но и над искусственно созданными человеком материалами и процессами [4].
Существуют методы и технические средства измерений, которые подразделяются на контактные и бесконтактные [5]. Многие производители измерительной техники применяют контактные методы в различных электронно-механических приборах и комплексах для выявления чистоты (шероховатости) поверхности изготовленных деталей. Эти приборы и комплексы способны измерять микрорельеф поверхности изучаемых объектов с точностью до 0,01 мкм [6]. Работа соответствующих приборов основана на анализе данных поверхности передающим чувствительным элементом (механическим щупом). До сих пор многие производители механических (клиновидных, кулачковых механизмов), электротехнических (статоры, подшипники), оптических используют механические приборы и комплексы «Carl Zeiss» для контроля поверхности изготовленной детали [7].
Специалисты, эксплуатируя данное оборудование, отмечают высокую точность измерений, безотказную, надёжную работу этих комплексов. Однако, несмотря на их достоинства существуют проблемы в измерении микрорельефа поверхности объектов с малой устойчивостью, быстрый выход из строя чувствительного элемента, который имеет высокую стоимость, а динамические измерения вообще проводить нельзя [8]. При эксплуатации этих измерительных средств наблюдалась низкая производительность, влияние вибраций в реальных условиях на результат измерений и узкий класс контролируемых поверхностей [9].
Представленные выше проблемы можно устранить бесконтактным методом контроля, который реализован в конструкциях оптико-электронных приборах и комплексах. Значимую нишу в этих приборах и комплексах занимают автоматизированные оптико-электронные интерференционные средства измерений (АОЭИСИ) в силу своей высокой точности, чувствительности [10]. Данные АОЭИСИ предназначены для определения качества поверхности объектов не только высоко полированных изделий из металла, пластика, керамики, но и элементов оптических систем линзовой и зеркальной оптики. Принцип работы АОЭИСИ заключается в выявлении параметров, характеризующих поверхность исследуемого объекта посредством детального анализа излучения, отраженного от контролируемой поверхности [11].
Проведя теоретическое исследование данного вопроса пришли к следующему выводу: при измерении оптических поверхностей выпуклых, вогнутых и плоских форм возможно применять теневой метод Фуко, метод Гартмана, Тваймана, интерференционные методы с применением интерферометра Физо, Линника, а также дифракционного интерферометра [12]. В теневом методе появляются ошибки в системах, в методе Гартмана по гарт-монограммам выявляются аберрации больших значений, интерферометр Тваймана сильно подвержен вибрациям, что влияет на точность измерений. Все эти недостатки исключает интерферометр Физо, и у него существует один недочет: чувствительность интерферометра ограничена конструкцией эталона [13]. Все конструкции традиционных интерферометров контроля поверхности, таковы что при создании опорного волнового фронта участвует эталон с определенным ограничением точности.
В процессе изучения методов контроля оптических поверхностей изделий универсальным подходом является использование интерферометра с дифракционным опорным волновым фронтом. Достоинства данного подхода исключает эталон оптической поверхности, отсутствует поперечная расфокусировка, интерференционные поля высокого качества и не зашум-ленны [14].
Поэтому представляет интерес изучение поверхности плоского зеркального микроэлемента на основе фольги радиевой, применяемого в оптических системах современных оптико-электронных приборах и комплексах экспериментальной интерференционной установкой, где в качестве эталона используется сферический волновой фронт, полученный в результате дифракции на отверстии диаметром 1 мкм.
Цель работы состояла в получении параметров оптической поверхности экспериментальной оптической установкой и оценить качество поверхности изделия.
Постановка задачи. С помощью экспериментальной интерферомет-рической установки исследовать плоский отражательный микроэлемент оптической системы на основе фольги родиевой. Получить размах и средне-квадратическое отклонение в микрометрах, а также зависимость коэффициента отражения от перемещения исследуемого образца по координатам х и У-
Объекты и метод исследования. Материалом для исследования была плоская отражающая поверхность микроэлемента использующего в оптических системах разного назначения с размерами 3 мм х 3 мм. Материал образца однородный и термически устойчивый.
С помощью экспериментальной интерферометрической установки исследовалась поверхность образца, оптическая схема которой представлена на рисунке 1.
11 12 16 13
20
----/=У-
Рис. 1. Оптическая схема экспериментальной установки: 1- источник излучения; 2 - зеркала; 3 - расширитель излучения; 4 - отверстие; 5 - зеркальный элемент с отверстием; 6 - объект; 7 - объектив коллиматора; 8 - линза; 9 - зеркало; 10 - объектив с диафрагмой; 11 - светоделитель; 12 - линза; 13 - линза Бертрана; 14 - окуляр; 15,16 - поляризационные пластины; 17 - проекционная линза; 18 - фотокамера; 19 - плоскость регистрации; 20 - плоскость
изображения
Излучение от когерентного источника 1 (ЛГ-79-1 - Не-№ лазер с X = 0,63 мкм, Р = 15 мВт), пройдя расширитель 3, доставляется на зеркальный элемент с точечным отверстием 5. Отверстие 4 находится на одной оси с
центром плоской поверхности исследуемого объекта 6. Для наблюдения интерференционной картины дополнительно вводится линза Бертрана 13. Для регистрации интерференционного поля устанавливается фотокамера 18.
Технические характеристики установки:
- погрешность измерений - 0,02-^;
- пределы перемещения установки по 3-м осям, мм - ± 10;
- фотоприемное устройство - «Nikon»;
- источник света - лазер ЛГ-79-1;
- длина волны излучения, мкм - 0,63;
- габаритные размеры, мм - 750x450x550.
Экспериментальные результаты. На экспериментальной установке была получена интерференционное поле плоской поверхности зеркального микроэлемента оптической системы. На рисунке 2 приведено интерференционное поле. Для получения информации о фазе волнового фронта, микрорельефе плоской поверхности применяли специально разработанную программу сбора, обработки и передачи информации о параметрах поверхности.
Рис. 2. Запись интерференционного поля плоской поверхности зеркального микроэлемента оптической системы
Данное программное обеспечение позволяло выявлять массив данных о пространственной фильтрации и определению черных и белых полос. В основу программного обеспечения входили полиномы Цернике, которые позволили получить данные о смещении поверхности, а также об отклонении волнового фронта световой волны. В результате получили величину размаха (Я) и среднеквадратическое отклонение (а) в микрометрах.
Для плоской зеркальной поверхности на основе фольги родиевой: R = 0,030532 мкм, а = 0,01032 мкм.
Плоскопараллельная поверхность контролировались экспериментальной установкой с точностью не хуже 0,02 X.
Полученные результаты показывают, что измеренная плоская поверхность зеркального микроэлемента на основе фольги родиевой высокого качества и использование таких микроэлементов в оптических системах оптико-электронных приборов и комплексов будет целесообразно.
402
С помощью другой компьютерной программы и переюстировки измерительной установки были проведены измерения отражательной способности поверхности. В эксперименте получили зависимости коэффициента отражения от перемещения исследуемого образца по координатам х и у. Шаг измерений был равным 50 мкм в обоих направлениях.
На рисунке 3 представлены экспериментальные данные. Графические зависимости показывают, что распределение коэффициента отражения не имели всплесков и провалов. Значения коэффициента отражения находились в диапазоне 97. „99%. Это означает, что плоская поверхность отражательного микроэлемента на основе фольги родиевой имеет высокую отражательную способность.
а)
100 -г____________.___________________
90 80 -70 -Ж 60-о;
50 -40 -.10 -20 10 -0 <11111111111111 О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
.г, мкм
5)
100 90 -ко -70 -
60 - g * 50 -40 30 -20 -10 -
0 ■ - - - - - - - - - - - - - - -
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000
V, мкм
Рис. 3. Зависимость коэффициента отражения от перемещения исследуемой поверхности: а - по координате x; б - по координате y
403
Заключение. В работе получены зависимости коэффициента отражения от перемещения исследуемого образца по координатам x и y, а также записано интерференционное поле высокого качества и рассчитан размах и среднеквадратическое отклонение. Экспериментальные результаты могут представлять интерес для производителей оптической аппаратуры и изделий микрооптики.
Список литературы
1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1970. 855 с.
2. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука. 1976. 926 с.
3. Малакара Д. Оптический производственный контроль: пер. с англ. под ред. Соснова А.Н. М.: Машиностроение. 1985. 340 с.
4. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.
5. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Недра. 1968. 263 с
6. Левин Б.М. Оптические методы определения характера профиля поверхностей // ОМП. 1938. №10 - 11. С. 37 - 41.
7. Курлов В.В., Коцкович В.Б., Майоров Е.Е., Пушкина В.П., Таюр-ская И.С. Экспериментальное исследование разработанной интерференционной системы для измерений поверхности объектов сложной формы // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 8.C. 179-189.
8. Цыганкова Г.А., Майоров Е.Е., Черняк Т.А., Константинова А.А., Машек А.Ч., Писарева Е.А. Исследование разработанного интерферометра поперечного сдвига для настройки интерференционных полос при обработке интерферограмм // Приборы. 2021. № 2. С. 20-25.
9. Хохлова М.В., Дагаев А.В., Майоров Е.Е., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Громов О.В. Исследование оптико-электронной системы при обработке голографических пластин // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 8 (110). С. 103-108. DOI: 10.23670/IRJ.2021.110.8.015.
10. Хохлова М.В., Дагаев А.В., Майоров Е.Е., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Громов О.В. Интерференционная система измерения геометрических параметров отражающих поверхностей // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 6 (108). С. 184-189. DOI: 10.23670/IRJ.2021.108.6.029.
11. Костин Г.А., Баранов Н.Е., Майоров Е.Е. Применение метода дифракционной интерферометрии для контроля внешнего стекла иллюминатора салона летательного аппарата // Вестник Санкт-Петербургского Государственного Университета Гражданской Авиации. 2024. № 4. С.85-93.
12. Kirillovsky V.K. Diffraction Reference Wavefront Laser Interferometer. // SPIE. The International Society for Optical Engineering Proceed. «Miniature and Microoptics: Fabrication and System Applications». 1992. Vol. 5. (1751). P. 197-200.
13. Kyeong-Hee Lee, Voznesensky N.B., Kirillovsky V.K. Principle of certification of high precision optical parts and systems based on diffraction interferometer. Proceedings of The First Scientific Workshop-Presentation «Optical Micro- and Nanotechnologies (OmaN-1)». 2002. С. 32-40.
14. Майоров Е.Е., Курлов В.В., Бородянский Ю.М., Дагаев А.В., Таюрская И.С. Интерферометрия, как высокоточный инструмент для контроля оптических элементов прецизионной оптики // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 11. С. 192196. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-192-193.
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, majorov_ee@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Бородянский Юрий Михайлович, канд. техн. наук, доцент, borodyan-skyum@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича,
Гулиев Рамиз Балахан оглы, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Дагаев Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, adagaevalisLru, Россия, Ивангород, Ивангородский гуманитарно - технический институт (филиал) Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения,
Таюрская Ирина Соломоновна, канд. экон. наук, доцент, tis_ivesep@,mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет технологий управления и экономики
INVESTIGATION OF A FLAT MICROELEMENT OF A FOIL-BASED OPTICAL SYSTEM BY A RHODIUM EXPERIMENTAL INTERFERENCE SYSTEM
E.E. Maiorov, Y.M. Borodyansky, R.B. Guliyev, A.V. Dagaev, I.S. Tayurskaya
The paper considers the possibility of using an experimental interference setup to study the reflective surface of a flat microelement based on rhodium foil used in mirror optics systems. Modern interference methods and tools are capable of carrying out highly accurate and reliable measurements to solve a number of complex tasks, the role of which is growing rapidly every day, therefore this work is promising. The paper presents an optical scheme of the experimental setup and technical characteristics. The range and standard deviation in micrometers are obtained, as well as the distribution of the reflection coefficient in two directions x and y for the reflecting surface.
Key words: flat microelement, interference installation, reflection coefficient, radiation wavelength, surface under study, rhodium foil, range, standard deviation.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Borodyansky Yuriy Mihailovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications,
Guliyev Ramiz Balahan oglu, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Dagaev Alexsander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Ivangorod, Ivangorodskii Humanitarian-Technical Institute (branch of) Saint-Petersburg University of Aerospace Instrumentation,
Tayurskaya Irina Solomonovna, candidate of economic sciences, docent, tis_ivesep@,mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg University of management technologies and Economics
УДК 004.89
DOI: 10.24412/2071-6168-2025-2-406-407
ПОДХОД К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
ВОПРОСНО-ОТВЕТНОЙ СИСТЕМЫ, ПОСТРОЕННОЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
В.В. Тельбух, П.А. Глыбовский, А.С. Гудков; И.А. Ратушняк
Работа посвящена созданию интеллектуальной вопросно-ответной системы функционирующей на основе применения нейронных сетей. Анализ научно-практического задела в данной области позволил выдвинуть гипотезу, что использование архитектуры BLSTM может значительно повысить показатели точности и релевантности ответов вопросно-ответной системы по сравнению с другими архитектурами нейронных сетей в условиях ограничения ресурсных возможностей ЭВМ. Результаты экспериментов показали, что благодаря своей двунаправленной архитектуре и возможности оптимизации гиперпараметров, BLSTM демонстрирует лучшую производительность, точность и достоверность предсказания в сравнении с такими моделями как RNN, LSTM, GRU.
Ключевые слова: вопросно-ответные системы, нейронные сети, модели машинного обучения, искусственный интеллект.
Актуальность исследования. Обработка естественного языка (ОЕЯ) является одной из ключевых областей исследований, связанных с применением технологий искусственного интеллекта. В данном направлении наблюдается значительный прогресс благодаря внедрению методов машинного и глубокого обучения. В частности, долгосрочная краткосрочная память (LSTM) и двунаправленная долгосрочная краткосрочная память (BLSTM, - Bi-directional Long Short-Term Memory) продемонстрировали высокую эффективность в создании вопросно-ответных систем (QAS), которые находят широкое применение в таких областях, как корпоративное обучение, медицинская диагностика, электронная коммерция, а также в различных потребительских сервисах [1].
