Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
<? < Ю-4 рад <20". (1.27)
2—839
33 Выполнить это требование не составляет особого труда, и можно подобрать различные линзовые и зеркальные коллимирующие устройства, полностью удовлетворяющие ему [6, 8, 10].
При использовании лазера в качестве источника света предельные значения t могут равняться нескольким метрам. Приняв t = = 1000 мм, получим при Я = 6,328- 10~4 мм в качестве верхнего- предела ф = 5". Очевидно, и в этом случае расчет и изготовление коллимирующей системы нетрудны.
Следует отметить, что при больших значениях t в интерферометре может возникнуть боковой сдвиг волновых фронтов, для устранения которого необходимо создать в схеме автоколлимационный ход лучей. Аналогично, если линза коллиматора плохо рассчитана или установлена, в приборе возникнет непараллельный пучок света. Точная установка линзы может быть выполнена с помощью, например, интерферометра сдвига с плоскопараллельной пластиной [5].
1.3. ИНТЕРФЕРОМЕТР ХАЙДИНГЕРА
Выше мы рассматривали в основном контроль изменения толщины воздушного зазора. Возникающие при этом полосы называют полосами равной оптической толщины. Если же равномерный воздушный зазор освещается источником с большими угловыми размерами, возникают так называемые полосы равного наклона. Они локализуются в бесконечности, и необходимо использовать линзу для их фокусирования в ее фокальной плоскости. Для параллельного воздушного зазора справедливо простое соотношение 2fcos0 = rc^ [уравнение (1.9)], из которого следует, что при постоянном t полосы равного наклона являются окружностями и локализованы в бесконечности.
Если воздушный зазор заменить плоскопараллельной стеклянной пластиной, уравнение (1.9) преобразуется к виду
2Nt cos V = п\, (1.28)
где 0' — угол преломления света в пластине. Для небольших значений 0' уравнение (1.28) можно аппроксимировать до
2Nt — {t/N) %2 = fi к. (1.29)
Для наблюдения полос Хайдингера используют простую установку, изображенную на рис. 1.33. Плоскопараллельную стеклянную
Рис. 1.33. Устройство для наблюдения полос Хайдингера:
/ — белый экран; 2—центральное отверстие; 3 — глаз наблюдателя; 4 — монохроматический источник света: 5 — плоскопа-раллельпая стеклянная пластинка
34 пластину устанавливают на темном основании и освещают рассеянным от белого экрану светом из монохроматического источника — натриевой или флюоресцентной лампы. В центре наклоненного под углом 45° экрана вырезано отверстие, и аккомодированный на бесконечность глаз наблюдателя видит систему концентрических колец.
Используя линзу, фокусирующую полосы в ее фокальную плоскость, получаем систему, почти идентичную интерферометру Физо. Единственное отличие заключается в применении в данном случае источника большого углового размера вместо точечного.
1.3.1. Применение полос Хайдингера
Полосы Хайдингера могут удачно дополнять интерферометр Физо при контроле, например, клиновидности плоскопараллельных пластин. Перемещая линию наблюдения вдоль пластины, можно заметить, что кольца Хайдингера расширяются при движении к тонкой стороне клина, и наоборот. Подсчитав, сколько раз сменились темные и светлые кольца в центре картины, можно, как и при .методе Физо, определить значение угла клина.
1.3.2. Лазерный интерферометр Хайдингера
Маломощный гелий-неоновый лазер представляется исключительно удобным источником света для интерферометра Хайдингера, так как позволяет спроецировать интерференционные полосы на экране. В этом случае лазер служит точечным источником света п полосы Хайдингера можно рассматривать как результат интерференции двух малых когерентных источников. При этом полосы локализуются на конечном расстоянии и необходимость в фокусирующей линзе отпадает. На рис. 1.34 показаны два изображения P1 и P2 точечного источника Р, полученные при отражении от клиновидной пластины. Поместив экран перпендикулярно к линии, соединяющей два источника, на достаточно большом расстоянии от них, получим систему концентрических колеи, схожих с кольцами Ныотона, центр которых лежит на этой линии. В случае применения пластины толщиной t, изготовленной из стекла с коэффициентом преломления N, расстояние между мнимыми источниками света P1 и P2 равно 2t/N. Если пластина клиновидная с углом Л, источники сместятся один от другого на величину 2NAr, где г — расстояние от источника P до клина.
Реализовать сказанное можно несколькими методами. Один из них [9] проиллюстрирован на рис. 1.35. Луч лазера освещает точечное отверстие в белом экране и падает на контролируемую пластину. Для внесения в лазерный пучок света небольшого угла расходимости используют слабую собирающую или рассеивающую линзу с фокусным расстоянием 50—100 мм, помещаемую между лазером и экраном. Линза при этом не должна отклонять пучок от оси системы. Контролируемую деталь устанавливают на столике и юстируют так, чтобы отраженный от нее пучок совпал с диафраг- Угал мина А, коэффициент преломления /V
Мнимые изображения'
источника Р? наіїлюдает/е 0 мине
Точечна/й источник P
ZNAr-
Рис. 1.34. Образование с помощью оптического клина двух мнимых когерентных изображений
