Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
1.1. ИНТЕРФЕРОМЕТР НЬЮТОНА
І Інтерферометром Ныотопа называют любое устройство, содержащее две оптические полированные поверхности, находящиеся в контакте и освещенные монохроматическим светом, в том числе и известную установку для получения интерференционных колец Ньютона (рис. 1.1). Характерной особенностью последнем является увеличение воздушного зазора от точки контакта поверхностей, в результате чего в ряде случаев для наблюдения колец приходится использовать лупу или слабый микроскоп. Из производственного опыта известно, что плоская оптическая поверхность должна соответствовать эталонной плоскости, а сферическая поверхность — ьл алойной сфере противоположного знака. В этих условиях воздушный зазор бывает обычно равен нескольким длинам световой волны и контроль в различных схемах интерферометра Ньютона заключается в определении неравномерности зазора путем наблюдения и интерпретации интерференционных колец. Простая установка для реализации сказанного изображена на рис. ' 2. 13 качестве источника спсга могут быть использованы натриевая, . елпевая и.ш ртутная лампа, а в некоторых случаях —даже обычная лампа накаливания с вольфрамовой нитью.
Рассмотрим вначале, что происходит, • огля їв? и чса ыо оптические И 'IОСКОСТН приводятся В КО!: IS-T / 'Ч'" С Др\ГОМ Tl!" образом, ЩООЫ между НИМИ образовал'. Я ! 0>V..i:.i!i:;f; »o.Vl\ |>Л;' КЛИН (рис. І..Ї). Обычно толщина ноздупг'!" і - . ">.,-: с н-'И гни
на краіі детали не бывает раина ну,і»» а " :-><"г гобиі- і с.о.'О-
рую коночную величину. Сле.іоваті л:.ко, .ч». л о ирг :<¦: ;•::;.T1 ь тве плоскости, на:, показано ча рис. 1.?, :яи:ис<*>. но лп»>мч кеоог^че-ш'я. Пусті, монохроматический свет с длппон волны /. падает па оп-
12 з M
Рис, 1.1. Установка для получения колец Ньютона, Плосковыпуклая лннза с фокусным расстоянием 1—2 м контактирует с плоской эталонной поверхностью и освещается монохроматическим светом: / — воздушный зазор — место локализации колец Ньютона; 2 — светоделитель; 3— глаз наблюдателя; 4 — лупа, сфокусированная на воздушный промежуток; 5 — монохроматический источник света; 6 — вы п\ к л а я поверх и ость; 7 — плоская поверхность
J
Рис. 1.2. Простое устройство для наблюдения полос Ньютона в условиях оптического цеха. С его помощью можно контролировать плоские и сферические поверхности С
большими радиусами кривизны: / — корпус устройства; 2 — рассеивающий экран; 3 — монохроматический источник света; 4 — светоделитель- 5 — глаз наблюдателя; 6 — линия контакта поверхностей
гВеришна воздушного клина \ " 1
Y ---1-- —г Г І і I
Вогдуиінь/й А. зазор Z Л JA 2 //, I - ZЛ i-1-i I : " 1 'Л
е-азность Jti 7уг 9tz Hct /J St
(раз
Рис. 1.3. Принцип образования прямых равноудаленных полос в клиновидном воздушном зазоре между двумя оптическими плоскими поверхностями, Полосы параллельны линии их пересечения тические плоскости под прямым углом. Если а — угол клина между плоскостями, то воздушный зазор на расстоянии х от линии их пересечения равен ах, а разность оптического хода 2ах. К разности добавим Л/2 в связи с изменением фазы на л при отражении света от нижней плоскости. Таким образом, разность оптического хода на расстоянии X от точки пересечения равна 2ах-\-9./2 и, следовательно, темные интерференционные полосы имеют место при условии
2а Х-—П(1.1^
а светлые, когда
2сс;с + Х/2 = яХ, (1.2)
где п — целочисленный множитель.
Каждое уравнение описывает систему равноудаленных друг от друга прямых полос, и расстояние а между двумя последовательными яркими или темными полосами определяется как
й? = л/(2а). (1.3>
Рассмотрим теперь вид полос Ньютона, когда одна из контактирующих поверхностей плоская, а другая нет. Такая ситуация часто имеет место при полировании плоскости, представляющей собой на первых этапах обработки сферическую поверхность с большим радиусом кривизны. В связи с этим ее периодически контролируют эталонным плоским стеклом. Рассмотрим сферическую поверхность, большого радиуса кривизны R, находящуюся в контакте с оптической плоскостью. Стрелка ее прогиба равна х2/(2R), где х — расстояние от центра симметрии. Разность оптического хода выражаем как X2IR+'К/2, а положения темных полос определяем из формулы
X2IR = Iil. (1-4>
Следовательно, расстояние Xn п-й темной полосы от центра
Xn=VnRJ, (1.5>
расстояние между (/г+1)-й и п-й полосами
Xn+1-xn = }/Wl(V^Tl-Vn) (1.6>
и соответственно между (я-г2)-й и (и+1)-й полосами
*л+2-*л+1=V^VnT72-VnTT)- 0-7>
Из уравнения (1.6) и (1.7) получаем
(xn+1 — xn)/(.xn+2-xn+1)zz\ + \/C2n). (1.8)
Таким образом, когда мы смотрим на полосы с большим порядковым номером, кажется, что они расположены почти на одинаковом расстоянии друг от друга. Поэтому при контроле формы поверхности желательно перемещать пластины так, чтобы видеть полосы с небольшими значениями п.
14 Рис. 1.4. Внешний вид полос Ньютона при контроле сфе* рической поверхности большого радиуса плоским пробным стеклом. Максимальная погрешность поверхности равна 2/,
