Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
24 Stolzmann D. E, M. Hatch. Extensions of the Dall Xull Test, Skv Telesc , 52, 210 (1976). ГЛАВА 15
Измерение некоторых параметров оптических деталей
P. X. Ноубл
15.1. ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН
Расчет оптических систем определяет ряд значений их параметров: толщин элементов, расстояний между ними, радиусов кривизны поверхностей и фокусных расстояний элементов и систем. Значение каждого из них должно быть установлено с вполне конкретной точностью или допуском, величина которого и определит тип используемого измерительного инструмента.
Точность каждого измерительного инструмента закладывается в процессе его производства и изготовитель несет ответственность за ее обеспечение. Она определяется как соответствие любого измерения определенным требованиям государственных и международных стандартов. Воспроизводимостью результатов называют близость результатов некоторого измерения другому, подобному измерению одной и той же величины. Работник оптического цеха выбирает инструмент, данные которого соответствуют допустимым отклонениям детали, и использует его так, чтобы он реализовывал необходимую точность измерения.
Основным инструментом для измерения длины является .металлическая линейка или рулетка. Допустимая погрешность этого инструмента ±0,5 мм. Погрешность штангенциркуля ±0,05 мм; микрометр, часовой индикатор и штангенрейсмус обеспечивают точность ±0,005 MVi. При проведении периодического сравнения с помощью концевых мер погрешность приборов последней группы может составить ±0,0025 мм. Счетчик интерференционных полос лазерного интерферометра или дальномера имеет примерно такую же точность. Введение электрических датчиков взамен .механических снижает погрешность до ±0,25 мкм. Устройства для построения кривой и цифровые считывающие устройства обеспечивают еще меньшую погрешность измерений, и их применение в крупносерийном производстве выгодно, несмотря на их высокую стоимость. Обеспечение жестких допусков требует особого внимания к условиям измерения, и прежде всего к чистоте поверхностей. Одна пылинка может снизить точность измерения, а возможно, її поцарапать контролируемую поверхность. Очень важны и температурные условия. Большинство измерительных приборов градуируются при температуре 20° С. Длительные отклонения на несколько градусов обычно несущественны и легко учитываются, однако быстрые изменения могут вызвать переходные процессы и градиенты темпера-
363' туры, способные привести к непредвиденным результатам. В связи с этим следует помнить, что человеческое тело тоже источник тепла. Процесс полпроваппя также обычно вызывает температурный градиент, приводящий к деформации детали, поэтому для обеспечения надежности измерения необходимо дать определенное время для стабилизации и установления теплового равновесия с окружающей средой.
15.1.1. Радиус кривизны
Шаблон. Простой способ измерения кривизны поверхности заключается в определении зазора между ней и шаблоном, изготовленным с заданным профилем. Край шаблона прижимают к исследуемой поверхности и помещают между источником яркого света и глазом. При этом можно увидеть зазор размером, примерно равным одной длине волны. С уменьшением зазора свет белого источника становится голубым из-за отсутствия длинноволновых составляющих. Продольное перемещение шаблона покажет, является ли зазор дефектом шаблона (если он перемещается вместе с ним) или отклонением измеряемой поверхности от заданной кривизны.
Пробное стекло. В этом методе исследуемая поверхность сравнивается интерферометрически (обычно в интерферометре Физо) с пробным стеклом, радиус кривизны которого определен одним из методов, описанных в этой главе. Прибор Физо описан в гл. 1.
Сферометр. Это прибор для определения радиуса кривизны путем измерения высоты сегмента сферической поверхности (рис. 15.1) *. Он может использоваться для оптических элементов, имею-
* Широко используется также термин «стрелка прогибт» — Прим. pea.
364' іцих диаметр больший, чем его собственный. Точность зависит от измеряемого радиуса кривизны и от параметров инструмента.
Измеряемая часть сферы определяется калиброванным стаканом или кольцом, касающимся детали по окружности, пли тремя равностоящими ножками. В центре равностороннего треугольника, образованного ими, располагают подвижный наконечник с микрометрическими делениями для определения высоты сегмента. Сначала прибор устанавливают на плоскую поверхность для определения нуля шкалы, затем его по.мещают иа измеряемую сферу, индикатор перемешают до соприкосновения с пей и по шкале отсчитывают высоту сегмента.
Предположим, что сфера касается плоскости х—у, ее центр лежит на оси 2. Рассекая сферу плоскостью у—z, получим
у2 Jr(Z-R)2^R2 (15.1)
или
R = (z2^y2)/(2z). (15.2)i
Сфера, определенная таким образом, фактически проходит через центры шарообразных ножек сферометра, причем у — это расстояние от центра каждой из них до оси подвижного наконечника, а Z — измеренное значение высоты сегмента. Действительная поверхность, на которой находится прибор, имеет радиус
