Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
1.2.3. Контроль клиновидности плоскопараллельных пластин
В оптических приборах часто используются стеклянные пластины, удовлетворяющие высоким требованиям к форме и параллель-кости плоскостей. Небольшой угол клиновидности между их плоскостями можно измерить на интерферометре Физо. Эталонная
23 Рнс. 1.18. Изгнб полос Физо при локальном нагреве клиновидной плас. тины, ориентированный в сторону тонкого края (слева) клина
плоскость прибора при этом не используется, так как интерференционные полосы возникают между поверхностями контролируемой детали. Если А—угол клина пластины и N — коэффициент преломления ее стекла, угол между волновыми фронтами, отраженными от ее передней и задней поверхностей, равен 2NA и выражение для полос имеет вид
где d — расстояние между двумя последовательно расположенными яркими или темными полосами. Отсюда
Для определения тонкого края клина обычно прикасаются к пластине горячим стержнем или пальцем. Из-за небольшого местного расширения детали ее толщина увеличивается и полоса, проходящая через этот участок, образует изгиб, направленный в сторону края (рис. 1.18). Например, приняв N= 1,5; А = 5-10~4 мм и A = = 5"-IO-6, получим d = 33 мм. Следовательно, пластина диаметром 33 мм, при контроле которой возникает одна полоса, имеет клино-видность, равную \". Если к тому же у нее есть отклонения от правильной поверхности, полосы искривляются, свидетельствуя о наличии погрешностей формы и клиновидности. Если поверхности пластины были проконтролированы независимо друг от друга и каждая из них оказалась плоской, а в интерферометре наблюдаются искривленные полосы, это свидетельствует о наличии оптической неоднородности материала детали. Действительно, комбинируя измерение плоскопараллельной пластины на интерферометрах Ньютона и Физо, можно оценить изменение коэффициента преломления стекла [2—4].
!INA=Xjd,
(1.23)
A = X/(2Nd).
(1.24)
26 1.2.4. Интерферометр Физо для контроля криволинейных поверхностей
Используя расходящиеся или сходящиеся пучки света, на интерферометре Физо можно контролировать и вогнутые поверхности (рис. 1.19). Точечный источник света при этом помещают в центре кривизны выпуклой поверхности эталона и контролируемую вогнутую поверхность юстируют так, чтобы центр ее кривизны совпал или почти совпал с ним. Эта процедура напоминает предыдущую, за исключением того, что для достижения равномерного воздушного промежутка приходится наклонять и поступательно смещать линзу. На этой же установке можно контролировать концентричность сферических менисков, получая интерферирующие пучки за счет отражения света от передней и задней поверхностей детали (рис. 1.20). Если при этом центры кривизны мениска смещены в поперечном направлении (есть клин), возникает характерная для клиновидности картина, интерпретация которой аналогична описанной в п. 1.2.3. Если значения радиусов Г\ и г% мениска таковы, что Г\—г2фі, где t — его толщина по оси, возникают интерференционные кольца, схо-
Рис. 1.19. Интерферометр Физо для контроля вогнутых поверхностей с помощью выпуклого эталона:
I — вогнутая контролиру-
емая поверхность; 2—то-
чечная диафрагма; 3— мо-
нохроматический источник света; 4 — светоделитель;
S — глаз наблюдателя; 6 — выпуклая эталонная поверхность
Рис. 1.20. Интерферометр Физо для контроля концентричности сферических менисков:
/ — монохроматический источник света; 2 — точечная диафрагма; 3 — светоделитель; 4 — глаз наблюдателя; 5 — контролируемый концентрический сферический мениск
Рис. 1.21. Интерферометр Физо для контроля выпуклой поверхности вогнутым этадо» ном:
1 — точечная диафрагма;
2 — монохроматический источник света; 3—светоделитель; 4 — глаз наблюдателя; 5 — линза; 6 — вогнутая эталонная поверхность; 7 — выпуклая контролируемая поверхность
27 жие с кольцами Ньютона, а наличие клина у детали приводит к смещению общего центра.
На рис. 1.21 изображена схема интерферометра Физо для контроля выпуклых поверхностей. Она рассчитана так, чтобы источник света находился в одной сопряженной точке, а общий центр кривизны контролируемой и эталонной поверхностей — в другой. Вогнутое пробное стекло закреплено неподвижно, а контролируемая деталь перемещается для получения равномерного воздушного зазора.
1.2.5. Требования к монохроматичности источника света
При контроле плоских поверхностей на интерферометре ФиЗО' воздушный зазор, как правило, очень мал, общая разность оптического хода не превышает нескольких миллиметров и в качестве источника света может быть использована любая ртутная лампа низкого давления с зеленым фильтром. Правда, в этом случае имеется ограничение на толщину контролируемых по клиновидности стеклянных пластин. Например, пластина толщиной 25 мм эквивалентна 75-миллиметровому воздушному зазору между интерферирующими волновыми фронтами, а для ламп указанного типа это значение является, очевидно, предельным. При контроле более толстых пластин контрастность интерференционных полос сильно падает, поскольку лампа не дает резких спектральных линий. Схожая ситуация имеет место при контроле толстых менисков или сферических пробных стекол одним эталоном, так как воздушный зазор в некоторых случаях может стать большим. Указанное ограничение может быть устранено, если применить высокомонохроматический источник, например лазер. Наиболее подходящим является гелий-неоновый лазер, работающий в одномодовом режиме TEM00 на длине волны 633 нм. Используя его, можно получить высококонтрастные полосы Физо при разности оптического хода до 2 м и более.
