1132

Операционный контроль геометрических параметров оптических деталей

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Ознакомится с основными геометрическими параметрами оптических деталей и методами их измерения. Изучить состав и устройство основных видов оборудования и приспособлений для измерения параметров оптических деталей. Овладеть навыками измерений толщины, радиуса кривизны, предела разрешения и других параметров линз, пластин и призм.

Русский

2013-01-06

143 KB

30 чел.

Лабораторная работа №1

Операционный контроль геометрических параметров оптических деталей

  1.  Цель работы
  2.  Ознакомится с основными геометрическими параметрами оптических деталей и методами их измерения.
  3.  Изучить состав и устройство основных видов оборудования и приспособлений для измерения параметров оптических деталей.
  4.  Овладеть навыками измерений толщины, радиуса кривизны, предела разрешения и других параметров линз, пластин и призм.
  5.  Теоретические сведения

    Оптические системы приборов включают как отдельные оптические детали, так и узлы из них с различным сочетанием  линз, пластин, призм, зеркал и др. Состав конструктивных элементов и их вид определяется в первую очередь назначением узла. Например, пластины могут быть защитными и выравнивающими, плоскопараллельными и клиновыми (с заданным углом между поверхностями), фильтрующими (из цветного стекла или со специальными покрытиями). Зеркальные покрытия могут полностью отражать падающий свет (глухие) или разделять его на проходящий и отраженный (полупрозрачные зеркала).

       Общими для всех оптических деталей параметрами являются толщина оси и по краю, радиус поверхностей, предел разрешения для плоских деталей, в том числе призм и др.

        Измерение толщины пластин и линз по центру (t) и косины по краю (Δt), являющееся одним из способов определения децентричности линз и клиновидности пластин, проводят на специальных измерительных приборах, в частности толщиномерах. Обычно такой прибор имеет нижнюю опорную поверхность для установки измеряемых линз и стойку, на которой перемещается индикатор. При измерении t линза устанавливается центром на шариковый упор, Δt – на  кольцевую оправу, по краю – на призматический упор. Положение измерительной головки индикатора при измерении t соосно упору, при измерении Δt   с отступлением от края линзы на 5-10 мм.

       Вариант простейшего толщиномера на базе микрометра с диапазоном измерений до 25 мм показан на рис.1. Предназначен только для определения толщины линз по центру и пластин в любом сечении.

       При измерении мерительные стержни 1 и 2 толщиномера приводятся в соприкосновение и по нониусу 3 делается отсчет (обычно при соприкосновении стержней индекс нониуса стоит на нуле). Затем между  стержнями вводится измеряемая деталь и берется второй отсчет. Разность отсчетов дает величину толщины.  Обычно делается несколько замеров, а для определения клина в пластинке, измеряют ее толщину в различных местах.

    Толщиномер, изображенный на рис.1 служит, главным образом, для контроля деталей в цеховых условиях; его точность ±0,03 мм для L = 25 мм.

 Точность длинномеров, отсчет в которых проводится специальным механизмом с ценой деления 0,001 мм, оценивается не хуже ±0,01.

     На толщиномерах и длинномерах можно точно измерить и диаметр (сторону) детали, но в производстве для этого используются специальные проходные и непроходные скобы.

      Для линз определяющим является радиус кривизны, причем соблюдение заданной точности поверхности контролируется в течение всего технологического процесс их изготовления. Существуют различные способы и средства контроля поверхности на отдельных операциях. Так, отклонения от номинала сферических поверхностей определяются:

    1. Методом шаблона – применяется для определения отклонений формы шлифовальных сферических поверхностей. Шаблон (рис.2) представляет собой металлическую пластину с выпуклой или вогнутой измерительной кромкой заданного радиуса.

Рис.2. Виды шаблонов: а, б, г, е – для контроля радиуса кривизны; в, е – для

контроля внутреннего и внешнего диаметров

  Сферы измеряют наложением мерительной кромки шаблона А на измеряемую поверхность детали Б (рис.3). В случае отклонения поверхности  от шаблона между ними наблюдается зазор или просвет. По величине зазора ΔН оценивают отклонение радиуса кривизны.

Рис.3.Схема определения сферичности методом фотошаблона

2. С помощью сферометра. Метод основан на том, что поверхность любой сферической детали представляет собой шаровой сегмент.  Основными элементами этого сегмента АЕСВ является D, радиус сферы R, высота или стрелка Н (рис.4). Геометрическая связь между этими величинами:

                                                  Рис. 4. Параметры шарового сегмента

                                          .                                        (1)                                         

Откуда радиус сферы:

                                                                                             (2)

  Зная диаметр сферической поверхности и измерив стрелку прогиба Н можно определить радиус сферической поверхности с точностью до 0,01 мм.      

3. Косвенным методом по измерению радиуса кривизны на кольцевом сферометре. Непосредственно измеряется стрелка прогиба h поверхности по известному диаметру 2r опорного кольца сферометра (рис.5). Для этого на кольцо устанавливают сначала плоскую эталонную поверхность (1), а затем  измеряемую (2). В момент касания измерительного стержня (3) поверхности берут отсчеты m0 и m по шкале измерительного прибора и определяют:

h = m - m0.

  Функциональная зависимость R, h и r имеет вид:

                                                                                                        (3)

     

Рис.5 Схема определения сферичности с помощью сферометра

В оптическом производстве измеряется не радиус поверхности, а отклонение от него при наложении пробного стекла с известным R противоположного знака. Количество наблюдаемых колец N и есть отклонение. Контакт пробного стекла (ПС) и поверхности происходит или по центру или по краю. В первом случае отступление носит название «бугор», характерным признаком которого является увеличение числа наблюдаемых колец при нажатии на ПС. При контакте по краям пары поверхность-ПС отступление называют «ямой» и при нажатии кольца укрупняясь сходятся к центру. Для выпуклых поверхностей при бугре Rдет  RПС, при яме наоборот Rдет  RПС.

    Одно кольцо соответствует зазору h = 0,25 мкм в паре «испытуемая поверхность – пробное стекло» и по количеству колец N можно при необходимости рассчитать R поверхности, зная значение R пробного стекла.

Прямое измерение R пробных стекол возможно только для вогнутой поверхности. Оно осуществляется на продольной измерительной машине с автоколлимационным микроскопом на подвижной каретке по разности двух наводок на запыленную поверхность и центр сферы. При наводке на центр сферы отраженные лучи соберутся в той же плоскости, что и при первой наводке на поверхность. Положительное пробное стекло этого номинального R определяется в результате наложения на измеренное отрицательное. Косвенно  R могут быть рассчитаны по измерению стрелки прогиба h на диаметре 2r по формуле (3).

      Пробным стеклом возможен контроль Rдет относительно его R, а для детали с неизвестным радиусом, наряду с описанным ранее сферометром, можно с помощью микроскопа с измерительной линейкой по методике, приведенной в разд. 3.

       В случае плоских ОД отклонения от R=∞ приводит к сферичности по-верхности, что влияет на параметры качества.

      Качество изображений в оптической системе зависит от разрешающей способности составляющих ее элементов, в частности, призм. Под разрешающей способностью понимают наименьший угол, под которым видны раздельно две бесконечно удаленные точки.

Обычно, вследствие дифракции на входном отверстии оптической систе-мы, изображение точки представляет собой яркое пятно, окруженное рядом чередующихся светлых и темных колец. Наложение дифракционных изображений двух бесконечно удаленных точек иллюстрируется зависимостью, представленной на рис.6. По оси абсцисс отложен аргумент mk функции, описывающей распределение света в дифракционном изображении светящихся точек, а по оси ординат – относительное значение освещенности Е в плоскости изображения. Глаз может различать две точки, если выполняется соотношения b≥0,18а.

     Предельный угол разрешения  оптической системы зависит от неоднородности материала ОД по показателю преломления, наличия свилей, двойного лучепреломления, погрешности формы рабочих поверхностей и аберрации

                                                 ,                                               (6)

    где К = - для точных систем, в том числе для объективов коллиматоров и зрительных труб; К = - для систем средней точности, в том числе и для призм; D -  диаметр входного зрачка оптической системы (мм).

     Измерение разрешения плоских ОД проводится на установке, основу которой составляют соосно установленные коллиматор и зрительная труба, в которой диафрагмой можно регулировать диаметр светового пучка, падающего на проверяемую деталь таким образом, чтобы он был не большим светового диаметра проверяемой детали.

    В фокальной плоскости объектива коллиматора установлена штриховая мира – стеклянная пластинка с нанесенной на нее таблицей в виде 25 элементов квадратной формы. Каждый элемент содержит четыре группы светлых полос, разделенных темными промежутками и расположенных под углами 900 и 450. Ширина темных промежутков убывает от элемента к элементу. Подробная информация об мирах приводится в прил. 1, а для данной работы расшифровку предельно наблюдаемых квадратов миры в угловой мере можно делать по табл. 4 для установки с ƒкол = 400 мм с учетом зависимости  от ƒкол и Nмиры .

3. Практическая часть

3.1. Состав лабораторного комплекта

1. Направляющая.

2. Коллиматор с мирами и осветителем.

3. Зрительная труба.

4. Индикаторный толщиномер.

5. Микроскоп.

6. Ирисовая диафрагма.

7. Держатели линз и пластин.

8. Образцы линз, пластин и призм Дове, сетка.

9. Штангенциркуль.

3.2.  Измерение толщины

3.2.1. Толщиномер настраивается на диапазон измерения 0÷10 мм перемещением индикатора относительны нижнего упора.

3.2.2. Из набора деталей берется пара линз, предназначенных для склеивания, т.е. с одинаковым внутренним радиусом. Измеряется их суммарная толщина и толщина отдельных линз. У положительных линз толщина по оси наибольшая, у отрицательных – наименьшая. Для данной пары tобщ должно равняться t1+t2.

3.2.3. При измерении любой из пластин комплекта измерение толщин по центру и краю дает информацию о степени плоскопараллельности рабочих поверхностей детали.

3.3. Измерение радиуса кривизны

Объект измерений тот же, что в п.3.2.2, микроскоп, пара линз, держатель сетки и линз.

     3.3.1. Установить на направляющую микроскоп и держатель с кольцом. Измерить штангенциркулем  внутренний (для посадки выпуклых поверхностей) и внешний (для посадки вогнутых поверхностей) диаметры, а затем  найти значение rвнут и rвнеш.

    3.3.2. Установить на удаленную от микроскопа поверхность кольца держателя сетку рисунком вовнутрь и, наводя на нее микроскоп, снять отсчет L0.

    3.3.3. Установив на кольцо внутренние припудренные поверхности пары линз под склейку, последовательно замерить Lполож и Lотриц .

3.3.4. Рассчитать радиусы обеих поверхностей по формуле , где  rвнут и rвнеш - измеренные в п.3.3.1., а h = Lотр - L0 и L0 – Lполож. Полученные значения R должны практически совпадать (с точностью измерений).

3.4. Измерение предела разрешения пластин и призм

3.4.1. Собрать на направляющей установку (рис.7) в составе коллиматора с набором мир и осветителя, диафрагмы с регулируемым диаметром, зрительной трубы, держателями призм и пластин.

3.4.2. Определение  предела разрешения проводить на образцах призмы Дове в следующей последовательности:

Рис.7. Схема измерения предела разрешения: 1 – зрительная труба,

2 – коллиматор, 3 – диафрагма, 4 – проверяемой призма (пластина)

 

  •  измерить диаметр окружности, вписанной во входную грань, т.е. световой диаметр D призмы, и рассчитать теоретический угол  разрешения:

  •  измерить световые диаметры D объектива коллиматора и зрительной трубы. Определить их дифракционную разрешающую способность:

  •  рассчитать видимое увеличение зрительной трубы Гт и окуляра :

;

  •  определить разрешающую способность зрительной трубы, ограниченную разрешающей способностью глаза

,

где - идеальный угол разрешения глаза, равный . Проверить, обеспечивает ли объектив зрительной трубы необходимую разрешающую способность, сравнив .

3.4.3. Определить практические предельные углы разрешения призм (), для чего:

  •  ввести в ход параллельных лучей испытуемую призму, установив ее на столик между коллиматором и зрительной трубой;
  •  из двух изображений миры в фокальной плоскости окуляра выбрать то, которое получается при прохождении светового пучка через призму Дове. Второе изображение убрать диафрагмой 3;
  •  добиться четкого изображения миры фокусировкой окуляра зрительной трубы;
  •  определить номер последнего элемента миры, штрихи которого разрешаются во всех четырех направлениях. При разрешении всех 25 квадратов установив более мелкую миру;
  •  по табл. 4 прил. 1 найти значение предельного угла разрешения , соответствующего номеру этого элемента;
  •  проанализировать качество полученного изображения миры.

3.4.4. Сделать аналогичную проверку на 2 пластинах из комплекта. Измерять пластины с диаметром диафрагмы не более ее светового диаметра.

3.4.5. Полученные результаты занести в таблицу по прилагаемой форме

призмы

теоре-

тическое

№ последнего

разрешаемого

элемента миры

Качество изображения

миры (двоение,

окрашенность и т.д)

табличное

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

  1.  Краткие теоретические сведения и методики измерений.
  2.  Схему экспериментальной установки для измерения  и t.
  3.  Основные расчетные формулы и результаты расчетов.
  4.  Таблицу экспериментальных и расчетных данных.
  5.  Сравнение теоретической и практической разрешающей способностей.
  6.  Причины несовпадения измерений ±R с помощью микроскопа.

Контрольные вопросы

  1.  Что такое разрешающая способность?
  2.  Для чего в лабораторной установке для контроля разрешения призм необходим параллельный ход лучей?
  3.  Почему мира устанавливается в фокальной плоскости объектива коллиматора?
  4.  Какие причины вызывают расфокусировку изображения миры?
  5.  Методы измерения R линз и отклонений от них.
  6.  Методы измерений толщины и диаметра линз.

Литература

     1. Кривовяз Л.М., Пуряев Д.Т., Знаменская М.А. Практика оптической измерительной лаборатории. – Машиностроение, 1974.

    2. Креопалова Г.В, Лазарев И.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения.- Машиностроение, 1987.


2

Ов на центрировку

      Рис.1.Простейший толщемер на базе микрометра: 1- неподвижный;

2 - подвижный стержни; 3 - отсчетное устройство

1

Рис.7. Эскиз линзы с допусками на центрировку

R

R

y

R

R

R

A

H

Н

A

Б

0

C

R

B

E

H

D

A

3

F`

1

2

h

2r

а

b

4

0

4

40%

80%

mk

E%

Рис.6. Минимальное расстояние двух раздельных изображений удаленных точечных источников

3

3

Штриховая мира

столбик

4

1

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73775. Профессионально-этические принципы работы практического психолога 25.21 KB
  Очевидные самоочевидные и даже в чем–то банальные принципы типа не кричи на клиента не бей клиента не плюй в клиента не наноси ему увечий и т. Например психолог–консультант неоправданно оскорбляет клиента доводя его до истерики или использует в некоторых случаях совершенно не адекватные методы был случай когда один весьма солидный специалист в профконсультации под видом инноваций применил метод иглоукалывания да еще в затемненной комнате при свечах и с полуобнаженным телом ошарашенного подростка. Роджерса пишет:...
73776. Этические проблемы в научной деятельности психолога 22.64 KB
  Проблема в том что для чистоты исследования часто приходится работать в режиме субъект–объектных отношений что предполагает повышенную этическую готовность и нравственную ответственность психолога–исследователя. Проблема недобросовестности исследования. Этическая проблема заключается в вынужденной необходимости истинных авторов соглашаться на такое соавторство ради того чтобы книга вообще была издана. Очень непростой является проблема семейственности в науке когда с одной стороны создаются благоприятные условия для откровенных...
73777. Важнейшие требования к личности практического психолога 14.66 KB
  Иными словами превалирующая роль отводится психологическому и психотерапевтическому а также психокоррекционному и психодиагностическому инструментарию при этом личностные характеристики психолога считаются чем–то вторичным. Подобная позиция присуща теоретическим концепциям рассматривающим психологическую помощь как воздействие психолога на клиента. Обобщая многочисленные исследования профессионально важных личностных черт психотерапевтов и психологов можно выделить следующие личностные черты желательные для практического психолога: ...
73778. Проблема «модели специалиста» и индивидуального стиля деятельности психолога 22.45 KB
  Обычно приводится примерно такое обоснование: невозможно втиснуть в модель все характеристики профессиональной деятельности вместе с необходимостью импровизировать в труде а также невозможно выделить общепризнанный стандартно–образцовый профиль личностных и профессиональных качеств специалиста под который можно было бы подгонять будущих психологов. Маркова выделяет следующие основные составляющие модели специалиста: 1 профессиограмму то есть описание самой деятельности психолога; 2 профессионально–должностные требования...
73779. Профессиональные деструкции в развитии психолога 22.97 KB
  Работа может способствовать личностному развитию но может иметь и отрицательные для личности последствия. Проблема в балансе соотношении позитивных и негативных изменений личности работника. Профессиональные деструкции проявляются в снижении эффективности труда в ухудшении взаимоотношений с окружающими в ухудшении здоровья и главное в формировании отрицательных личностных качеств и даже в распаде целостной личности работника. Специалисты обычно выделяют и анализируют негативные качества формирующиеся в работе школьных учителей: ...
73780. Эффективность труда психолога 20.5 KB
  Сложность оценки эффективности труда психолога связана с тем что основной результат его работы существует сокрыт во внутреннем мире других людей. Центральные вопросы связанные с оценкой эффективности деятельности профессионального психолога состоят в следующем: кто и по каким критериям может и должен производить эту оценку По всей видимости официально оценивать эффективность работы психолога должны четыре типа лиц или общественных групп: администрация организации где психолог работает профессиональное сообщество клиенты сам...
73781. Работа психолога в образовании: цели и направления работы 20.26 KB
  В рамках актуального направления обсуждаются и решаются злободневные проблемы и вопросы связанные с конкретными трудностями в обучении и воспитании детей с нарушениями в их поведении с трудностями в обшении в той или иной системе отношений и т. Разработано и используется много программ комплексного обследования детей. Психологическое просвещение направлено на приобщение взрослых и детей к психологическим знаниям. Психо-профилактическая работа формирование педагогов детей родителей или лиц их заменяющих общей психологической культуры...