Оптический производстенный контроль - Малакара Д.
Скачать (прямая ссылка):
R=~-\—± г, (15.3)
2 '-г
где г — радиус шаровых опор. Знак «плюс» соответствует выпуклым поверхностям, «минус» — вогнутым.
Точность определяют путем дифференцирования уравнения (15.3)
-^ = -L--HL (15.4)
dz 2 2z-
или
^=Vl(I--JT)- (15.5).
Величина у у промышленных сферометров имеет значение 10— 100 мм или даже больше. Выберем 50 мм как типичное значение и предположим, что Az — погрешность отсчета по шкале подвижного наконечника — составляет 0,005 мм. В табл. 15.1 приведены относительные погрешности AR/R для различных радиусов. Из нее следует, что сферы с радиусами до 5 м измеряются с погрешностью менее 2%.
Применение электрического метода для определения правильной установки прибора позволяет на порядок улучшить точность измерения [1].
Микроскоп и оптическая скамья. Этот метод является наиболее общим для измерения оптических элементов малых и средних раз-
365'' 15.1. Точность сферометра*
Радиус сферы Я. мм Стрелка прогиба г, мм Точность А Я, мм Относительная погрешность A RjR
10000 0,125 —400,00 —0,0400
5000 0,250 —100,00 —0,0200
2000 0,625 — 16,00 —0,0080
1000 1,251 —4, OiO —0,0040
500 2,506 — 1,00 —0,0020
200 6,351 —0,15 —0,0008
* </ = 50 мм; Аг = 0,005 мм.
меров. Сначала микроскоп фокусируют на поверхность элемента, а затем на центр ее кривизны (рис. 15.2). Для выпуклых поверхностей можно передвигать микроскоп или контролируемую деталь, для вогнутых требуется хорошо корригированная линза с сопряженным расстоянием большим, чем радиус кривизны. В этом случае целесообразнее перемещать деталь.
Метод измерения расстояния, на которое перемещается деталь или микроскоп (т. е. радиуса кривизны) зависит от требуемой точности. Нониус на каретке и точная металлическая линейка на оптической скамье обеспечивают погрешность не более ±0,1 мм.
Повышение точности на порядок может быть обеспечено применением штихмасса, в сочетании с которым используются две вогнутые упорные пятки, одна из которых прикрепляется к оправе детали, другая — к неподвижной части оптической скамьи. Они должны быть повернуты друг к другу, а линия, соединяющая их вершины, выдерживается параллельной направлению движения каретки с оправой. Измерения производятся в каждом положении детали, и их разность представляет собой радиус кривизны поверхности. Карнелл и Велфорд [3] описывают похожий метод, требующий для выпуклых поверхностей только одного измерения: микроскоп фокусируется в центр кривизны поверхности, штихмасс помещается между ними и раздвигается до тех пор, пока один его конец не коснется поверхности, а другой не попадет в фокус микроскопа. Авторы считают, что погрешность метода составляет несколько микрометров.
f
Рис. 15.2. Схема измерения радиусов кривизны; 1 — контролируемая деталь; 2 — микроскоп; 3— оптическая скамья; 4 — штихмасс
.266 С а) а) в)
Рис. 15.3. Типы автоколлимационных окуляров: я — Гаусса; б — со светящейся линией; в — Аббе; / — сетка
Условие правильной фокусировки микроскопа определяется совпадением отраженного изображения освещенной окулярной сетки с ней самой. Освещение может осуществляться с помощью светоделительной пластины, расположенной за сеткой, как в окуляре Гаусса (рис. 15.3, а). В этом случае окулярная -сетка и ее изображение имеют вид темных линий на светлом фоне. Более точная установка возможна по светлым линиям на темном фоне. Карнелл и Велфорд добил нсь этого, используя две окулярные сетки. Одна из них располагалась, как и обычно, в фокальной плоскости окуляра (рис. 15.3, б), другая, с освещенными светлыми линиями, с помощью светоделителя сопрягалась с ней. Рэнк [18] получил темное поле с помощью окуляра Аббе с призмой, помещенной в фокусе объектива и экранирующей часть лучей (рнс. 15.3, в).
15.1.2. Фокусные расстояния
Заднее фокусное расстояние. Заднее фокусное расстояние — это расстояние от последней оптической поверхности системы до фокальной плоскости. Оно может быть измерено с помощью микроскопа и оптической скамьи, описанных в предыдущем параграфе, с применением коллиматора. Микроскоп фокусируют на последнюю поверхность и в момент появления в его поле зрения отраженного изображения сетки окуляра, снимают первый отсчет. Затем микроскоп'перемещают до тех пор, пока в окуляре не появится сетка коллиматора, и снимают второй отсчет. Их разность представляет собой заднее фокусное расстояние.
Фокусное расстояние. Это расстояние между второй главной точкой детали и ее фокальной плоскостью. Для системы с одной и тон же оптической средой (обычно воздухомJ в пространстве изображений и пространстве объектов узловые и главные точки линзы совпадают. Положение второй узловой точки можно определить, исходя из того, что малые повороты детали относительно нее не приводят к боковому смещению изображения.
Для установки оптической системы на скамье используется устройство, называемое узловой кареткой и обеспечивающее продольное перемещение системы относительно вертикальной оси вращения.
367' Систему освещают с помощью коллиматора, а для наблюдения изображения сто сетки используют микроскоп. Контролируемую систему перемещают вдоль каретки до тех пор, пока не будет найдено положение, в котором небольшие развороты линзы не приводят к смещению изображения, наблюдаемого в окуляр, и снимают первый отсчет. Затем микроскоп точно фокусируют на изображение сетки и берут второй отсчет.
