Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
При математической интерпретации интерферограмм следует помнить, что разность оптического хода измеряется перпендикулярно к поверхностям, в то время как стрелка прогиба z (см. прил. 1) задается вдоль оптической оси. Поэтому разность оптического хода равна 2(zi—z2)cos6, где sin 6 = Sc.
Контроль плоскостности непрозрачных поверхностей. В приборостроении часто используют плоские полированные поверхности, выполненные на деталях из стали, латуни, меди и других материалов, иногда не имеющих форму плоскопараллельных пластин. Их удобно контролировать на устройствах, подобных изображенному на рис. 1.15. Поскольку коэффициент отражения у большинства металлических поверхностей выше, чем у стеклянных, контрастность возникающих интерференционных полос недостаточна. Нанесением на поверхность пробного стекла тонких пленок хрома с отражательной способностью 30—40% можно значительно повысить контрастность и резкость полос.
Тяжелые объекты деформируют поверхность пробного стекла, при этом точность измерений снижается, поэтому их контролируют, помещая эталон- сверху.
Возможны случаи, когда желательно получить интерференционную картину, аналогичную возникающей в установке Ньютона, но
1.2. ИНТЕРФЕРОМЕТР ФИЗО
2'3 при значительно большем воздушном зазоре. При этом отпадает необходимость тщательно очищать поверхности (по, к сожалению, повышается опасность их повреждения).
Как было показано выше, угловой размер используемого источника света зависит от воздушного зазора между плоскостями. 1'сли, например, зазор равен 5 мм, величина 20 задается уравнением (!.12)
при /. = 5- IO"1 мм. Таким источником может служить точечная диафрагма, освещаемая монохроматическим светом и расположенная в фокусе коллнмирующеії линзы или зеркала. Тал. например, линза с [ = 250 мм и точечной диафрагмой диаметром 2,5 мм удовлетворяет всем ранее изложенным требованиям. Можно показать, что при увеличении зазора размер точечной диафрагмы уменьшается.
Из предыдущих рассуждении очевидно, что в интерферометре Физо необходима коллимнр\ющая система, например, показанная па рис. 1.16. Эталон обычно закрепляют совместно с линзой коллиматора и предварительно юстируют так. чтобы изображение точечной диафрагмы, отраженное от поверхности эталона, совпадало с самим предметом. Для устранения света, отраженного от нижней поверхности пробного стекла, ее покрывают просветляющим слоем или (что значительно чаще) эталон изготовляют в форме клина с углом 10—20'. Для наблюдения полос светоделитель помещают вблизи точечной диафрагмы, а контролируемую деталь — под пробным стеклом и регулируют воздушный зазор до получения минимально возможного значения. После этого подвижками конт-
20 < IO-'2 рад
1.20)
1.2.1. Типовой интерферометр Физо
2 1
Рис. 1.17. Интерферометр Физо с погнутым колли миру IO щи м зеркалом:
-і ючгчп.іЯ
ТУ RMlli 'lb, '>
/ — ПО! Л\"і ОС
I >! .І,;ОНЧ:ІЯ KKVKOCI !>;
глрус v л я п< >;u>p\ "к і' ночрома і ііческ'пі не го гі
Рис. 1.16. Интерферометр Физо С
1 — монохроматический источник CiHM а : 2 і очечная диафра см а ; 'і с нет одел и гель; 4 — глаз наблюдателя: Л — ко і ли ми рующа я л ніпа: Ь -- ^ і а лонная п лоск ос і ь; 7 — коп I-
ролируечая попер\пость
коллимирующей линзой:
Л ,! л (;
> .ОІЦ.
С ІЯ. jrp-
24 ролпрчсмон поверхности уменьшают клниовидность промежутка между деталями, наблюдая за двумя изображениями точечной диафрагмы в плоскости P и заканчивая процесс юстировки при их совмещении. Помещая глаз в плоскость P п фокусируя его на промежуток между деталями, наблюдатель видит интерференционные полосы, возникающие из-за изменения толщины воздушного зазора. Интерпретация картины полностью аналогична рекомендуемой для интерферометра Ньютона.
На рис. 1.17 схематически изображена установка Физо с вогнутым зеркалом для коллимирования пучка. При длинных фокусных расстояниях можно использовать сферические зеркала, для коротких более подходящей представляется внсосевая парабола. Обе схемы (см. рис. 1.16 и 1.17) можно реализовать в вертикальном (прямая и перевернутая схемы) или горизонтальном варианте.
1.2.2. Жидкостные эталонные плоскости
Хорошо известно, что поверхность жидкости может использоваться как эталонная плоскость, так как она имеет радиус кривизны, равный радиусу Земли. Если принять, что последний равен 6400 км,стрелка прогиба поверхности
y2/('2R) — г/2/(2• 6,4• IO9) мм, (1.21)
где 2у — диаметр рассматриваемой поверхности жидкости. Если стрелка прогиба не должна превышать >./100 (Х = 5- 10~4 мм), необходимо выполнить условие
г/2 С 6,4- IO4 или 2у<512мм. (1.22)
В связи с этим было предложено использовать жидкостные плоскости в качестве стандартных эталонов, однако на практике существует много проблем, и прежде всего по устранению возмущающих воздействий вибрации. Кроме того, необходимо исключать из рассмотрения области вблизи стенок сосуда, содержащего жидкость, и быть уверенным, что никакие соринки не осаждаются на поверхность. Для этой цели используют вязкие и чистые жидкости, такие, как глицерин, минеральные масла и отбеленное касторовое масло. Вода не применяется,-так как обладает низкой вязкостью, а ртуть — потому что из-за ее высокой отражательной способности интерферирующие пучки имеют разную интенсивность, что приводит к низкой контрастности полос. Правда, ртуть часто используется как истинная горизонтальная эталонная поверхность в некоторых геодезических и астрономических приборах.
