Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
Погрешность метода пробного стекла складывается из погрешности определения радиуса кривизны самого пробного стекла и погрешности оценки числа наблюдаемых интерференционных колец. Последняя обычно не превышает 0,5 кольца или 0,14 мкм. Вид интерференционной картины, получаемой при наложении пробного стекла на проверяемую поверхность, показан на рис. 3.7.
Для определения знака ошибки нажимают на пробное стекло, направляя усилие нажима вдоль оси изделия. При нажиме следят за движением интерференционных колец.
Если кольца стягиваются к центру, то ошибка имеет положительный знак,т.е. радиус кривизны выпуклой проверяемой поверхности больше радиуса пробного стекла (для вогнутой —- наоборот). Если при нажиме кольца расширяются, уходя от центра, то ошиб-
Рис. 3.6. Схема контроля радиусов пробными стеклами
141
Рис. 3.7. Интерференционная картина при наложении пробного стекла
Рис. 3.8. Схема метода колец Ньютона
ка имеет отрицательный знак, т. е. радиус кривизны выпуклой поверхности менее радиуса кривизны вогнутой поверхности.
Методы измерения радиусов кривизны самих пробных стекол устанавливаются ГОСТ 2786-82*. В табл. 3.11 приведены средства измерения радиусов кривизны пробных стекол 1-го класса точности, рекомендованные инструкцией. Указанные в таблице измерения на оптиметре ИКГ проводятся методом сравнения с концевыми мерами.
Для проверки радиусов кривизны поверхностей пробных стекол 2-го и 3-го классов точности инструкцией рекомендуется несколько методов. Среди них — метод непосредственного измерения с помощью микрометров (которые обычно применяют для измерения стекол — полушаров с небольшим радиусом кривизны), автокол-лимационный метод и метод колец Ньютона.
По методу колец Ньютона измеряют радиусы.кривизны, превышающие 2000 мм (рис. 3.8). Проверяемая деталь 1 помещается на предметный стол 6 измерительного оптического прибора моделей ИЗА-2, УИМ-25, БМИ [3.2], на нее накладывается плоскопараллельная стеклянная пластина 5, нижняя поверхность которой имеет минимальные отступления от идеальной поверхности (N <0,1). Монохроматическим источником света 2 с помощью по-
Таблица 3.11.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ ПРОБНЫХ СТЕКОЛ
Радиус кривизны, мм Средство измерения Форма стекла Предельная погрешность измерения
От 0,5 до 37,5 От 37,5 до 4000 Горизонтальный оптиметр ИКГ Автоколлимационная установка Выпуклое Вогнутое От 0,175 до 4,0 мкм 0,004-0,007 %
142
лупрозрачной пластины 3 осуществляется подсветка промежутка между пластиной 5 и деталью 1.
Образовавшуюся в промежутке кольцевую интерференционную картину наблюдают в микроскоп 4, и радиусы колец измеряют перемещением стола прибора 6. Радиус кривизны вычисляют по формуле
п Рп-Рр (kn-kp)X’
где рп — радиус интерференционного кольца kn; рр — радиус кольца kp; X — длина волны используемого источника света; пир — порядковые номера колец.
Расчеты показывают, что если kn — kp~ 200, и наведение на кольцо осуществляется с точностью до 0,1 его ширины, то относительная погрешность измерения R не превышает 0,1 %. Эта погрешность может быть в два-три раза снижена, если проверяемую и плоскую поверхности пластины 5 покрыть светоделительным слоем и вместо двухлучевой получить многолучевую интерференционную картину.
Принципиальная схема прибора, используемого при автокол-лимационном методе измерений радиусов кривизны, показана на рис. 3.9, а, б. Основу ее составляет автоколлимационный микроскоп 1, имеющий измерительное перемещение вдоль своей оси и оси сферической поверхности проверяемой детали 2. Для измерения радиуса кривизны осевым перемещением микроскопа последовательно добиваются получения резкого автоколлимационного изображения сетки микроскопа при наведении его на центр кривизны (рис. 3.9, а), а затем на вершину поверхности измеряемой сферы (рис. 3.9, б). Разность отсчетов для этих крайних положений микроскопов равна измеряемому радиусу кривизны поверх-
Рис. 3.9. Схема автоколлимационного метода измерения радиуса кривизны
143
ности. Точность измерений автоколлимационным методом в основном зависит от точности Дz фокусирования микроскопа на центр кривизны. Она составляет с учетом действия автоколлимации, мкм, Д z = 0,1/А2, где А — действующая апертура микрообъектива микроскопа или апертура измеряемой поверхности (берется наименьшее значение А).
Для уменьшения погрешности наведения (особенно при измерении радиусов кривизны поверхностей с малыми относительными отверстиями) в некоторых приборах применяют коинцидент-ный метод фокусировки [3.4, 3.5]. Диапазон радиусов кривизны поверхностей, измеряемых автоколлимационным методом, зависит от длины шкал измерительных приборов. При использовании измерительных машин типа ИЗМ удается измерять вогнутые поверхности с радиусом кривизны до 5000-6000 мм. При благоприятных обстоятельствах погрешность измерения не превышает 0,004 %.
Для измерения радиусов кривизны выпуклых и вогнутых поверхностей бесконтактным способом разработан прибор ГИП-2. В основу его схемы положен набор синтезированных голограмм. Принцип действия состоит в следующем (рис. 3.10).
