|
Основным требованием оптического производства
является максимальное соблюдение заданной точности обработки. Это условие
контролируется в течение всего технологического процесса. Существуют
различные способы контроля отдельных операций, при выполнении которых
используются разные измерительные средства и приборы.
Основным измерительным инструментом оптической произ-
водственной практики является стеклянная или металлическая лекальная линейка,
точным лезвием которой контролируют плоскопараллельность шлифованной или
полированной поверхности. При достаточном опыте, хорошем зрении и высоком
качестве изготовленной линейки можно выявить неровности в пределах до 0,002 мм. Линейкой
контролируют также плоскостность шлифовальных кругов перед шлифовкой
оптических деталей.
Штангенциркуль - постоянный подручный инструмент
оптика-шлифовщика для всех предварительных измерений. Его изготовляют разных
размеров, но чаще всего длиной 170
мм. Пользуются этим инструментом для измерения
толщины, диаметра, глубины и плоскопараллельности. Точность измерения хорошо
содержащегося инструмента с нониусом па двадцать делений равна 0,05 мм.
Микрометр служит для точного измерения свободных деталей —
пластинок, цилиндров или призм. Микрометр выпускают в нескольких основных
размерах с соответствующими последовательными диапазонами измерения по 25 мм. Точность микрометра
определяется конструкцией микрометрического впита и плоскостностью контактных
поверхностей измерительною инструмента; при измерении диаметра колебания пе
превышают 0,01 мм.
Десятимикронные индикаторы выпускаются как самостоятельные
измерительные приборы в двух основных размерах: диаметром 40 мм с диапазоном
измерения 3 мм
или диаметром СО мм с диапазоном измерения 10 мм; в обоих случаях
прилагается комплект концевых щупов. Как измерительный прибор, индикатор может
быть применен только в соединении с измерительной линейкой или столом,
величина которых зависит от размеров измеряемой детали. Десятимпкронным
индикатором проверяют толщину приклеенных деталей, диаметр
цилиндров п т. д. Очень важной предпосылкой правильности измерения яилястся
чистота как измерительного инструмента, так и измеряемой поверхности.
Измерение требует безукоризненной чистоты, которая
обусловливается уже самой точностью измерения 0,001 мм, Чехословацкий
«Меотаст» поставляется со стойкой и с измерительным столом; он имеет диапазон
±0,22 мм.
Дополнительное оборудование индикатора позволяет измерять вершину цилиндра и
свободные измерения между контактными остриями. Для надежного измерения
индикатором «Меотаст» требуется значительный опыт, и особенно при конечных
измерениях, так
М и к ровный и н д и к а т о р, например- наиболее часто
применяемый «Меотаст», предназначен для измерения плоских по-
как каждое измерение условий давления вызывает колебания
стрелки индикатора.
Основным типом длиномера является длиномер Abbe. Он имеет
значительный диапазон измерения, обладает большой точностью и надежностью.
При тщательном измерении и подсчете этим длиномером можно определять десятые
части микрона. Еще большей точностью обладают горизонтальные длиномеры, которые
применяют для измерения свободных оптических деталей, внутренних диаметров и
толщин. Удельное давление может регулироваться уже от единицы
Практика показала, что механический контактный
измерительный прибор может давать точность только до 0,001 мм. Точность
измерения до такой степени зависит от состояния измерительного инструмента,
изменений температуры, прикосновений гг т. п., что десятые доли микрона можно
только угадывать. Существуют многочисленные приборы, измерительная
способность которых определяется десятыми долями
Угломерные инструменты предназначены для измерения углов
спектральных призм, клиньев и других спектральных элементов. Основным
инструментом можно считать угольник—прикладной, ножевой, раздвижной или
шаблонный. Угломер снабжен угловой шкалой, что позволяет подсчитывать в
градусах угловые значения, контролировать шлифовку углов и корректировать
погрешности. Универсальный угломер
с подвижными и взаимно проникающими плечами поз fid лист
измерить углы во всем диапазоне окружности и во всех положениях; он измеряет
с точностью в 1°. Оптический угломер является универсальным угломером,
снабженным конусом и шкалой, гравированной на стекле. Подсчет производится
через вмонтированную лупу с точностью до 10'.
Гониометр применяют как очень точный угловой измерительный
прибор при производстве спектральных призм, коррекции иных клиньев, для
контроля входных окошек, кювет и т. п.
Он работает на оснопс отражения параллельного пучка лучей
па полированной поверхности, В качестве цехового прибора он работает с
измерительной точностью до 2' и как лабораторный прибор — с точностью.
Гониометр работает или с полихроматическим светом или как спектрогониометр с
монохроматическим источником определенной длины волны. Измеряют им угол
падения и угол отражения во всей системе коллиматор— измеряемая деталь
—зрительная труба или же работают по принципу автоколлимации. Последний
способ более быстрый и точный, но необходимо, однако, чтобы при а в то
коллимационном измерении зрительная труба была снабжена окуляром Gauss или
Abbe. Гониометрические измерения позволяют установить и определить величину
пирамидальной погрешности призмы, которая в гониометре проявляется как
превышение по высоте визирного креста,
Сферометр служит для измерения и контроля выпуклых пли
погнутых асферических поверхностей, и также для измерения толщины сферических
деталей. Это металлическое круговое кольцо, в центре которого помещен точный
индикатор, показывающий отклонения верхушек изогнутых поверхностей от
горизонтальности; отклонение для выпуклых поверхностей будет положнтельным, а
для вогнутых — отрицательным. По величине высотного отклонения и диаметру
измерительного кругового кольца — внешнего или внутреннего — подсчитывают
радиус кривизны.
R производственной практике применяют простые ручные сферометры
со сменными кольцами и индикаторами. Лабораторные сферометры выполнены как
настольные приборы с совершенным устройством отсчета.
Калибрами называют несколько видов стабильных
измерительных шаблонов или эталонов, которыми контролируют плоскости, форму и
поверхности оптических деталей. В оптической практике чаще псего работают с
калибрами для контроля
плоскости и длины; калибры Для контроля внешней и
внутренней поверхности цилиндров в оптическом производстве сравнительно мало
применяются.
К калибрам длины относятся все металлические или
стеклянные измерительные средства с точно указанной длиной. Они служат для
наводки или дополнения диапазона измерительного инструмента, для его контроля
и испытания контактных поверхностей. Калибры длины точно плоскопараллельны.
Плоскопараллельные калибры представляют собой обычно
стеклянные шайбы, отполированные с обеих сторон, из которых одна служит
эталонной плоскостью. В качестве эталонной эта поверхность представляет собой
идеальную плоскость; в изогнутых калибрах эталонная поверхность имеет
противоположную форму и является тю существу негативом испытываемой
-плоскости.
Работа с плоскопарал- лельными калибрами заключается в
том, что на эталонную поверхность калибра очень о сторожи о прикладывают
испытываемую поверхность, которая должна быть отполирована. Между обеими
полированными поверхностями имеется тонкий воздушный слой, в котором при
несовпадении поверхностей происходит интерференция света. Интерференционная
картина при применении белого света будет цветной, при монохроматическом
свете — темной. Так как расстояние полос в монохроматическом свете всегда
отвечает половине длины волны, то по количеству темных полос Можно очень
точно подсчитать разницу параллельности сраиниваемых плоскостей. При наблюлении
в белом свете разность прохождения, т. е. толщина воздушного зазора, дает
соответствующий цветной слсд.
Теневой метод контроля. Этим методом контролируют
плоскости сферических и асферических зеркал, оценивают объективы и определяют
степень хроматической аберрации; кроме того, ими определяют и другие
функциональные значения обрабатываемых оптических деталей. Чаще всего
применяют теневые приборы Фуко, Гартмаиа, решетки Рончи и теневой прибор
Максутова.
Теневой прибор Фуко, или ножевой прибор, предназначен для
контроля полых зеркал, точных астрономических объектов и линзовых калибров (
54). Устройство для измерения полых зеркал схематически изображено на
55. Измерения производят в затемненном помещении; точечный источник света,
помещенный приблизительно в предполагаемом
центре изгиба контролируемой поверхности, имеет
возможность плавно переднигаться и направлении центрального луча и соединен с
ножевым лезвием, которое можно передвигать перпендикулярно к направлению
центрального луча. Контролируемое полое зеркало закрепляют так, чтобы оно
держалось в державке без всякого зажима. Его можно установить и так, чтобы
пучок отраженных лучей был сосредоточен в пространстве между источником света
и лсзвисм ножа; лезвие ножа оттягивается назад, чтобы на него не падал отраженный
свет.
Это устройство контролируется куском белой бумаги, на
который проектируется отраженный луч. Фокусированием луча регулируется
расстояние источника и тем самым ножа так, чтобы фокус лежал непосредственно
за плоскостью светового источника и ножа. Измеряемую поверхность наблюдают
непосредственно позади установленного фокуса. Короткофокусное зеркало можно
паблюдатЕ, невооруженным глазом через зрн тельную трубу, фокусированную на
плоскость испытываемого зеркала. В таком устройстве поверхность зеркала
представляется как ясно светящийся диск. Когда в пучок отраженных лучей мы
начинаем ВВОДИТЕ, лезвие ножа, светящаяся понерх- ность зеркала начинает со
стороны затемняться. По форме передвигающейся тени можно судить о форме
поверхности испытываемой плоскости. Чем ближе находится нож к центру
искривления, тем чувствительнее будет тест ко всем дефектам зеркальной
поверхности.
При значительных деформациях поверхности может случиться,
что лезвие ножа пересечет конус лучей, отраженных от отдельных участков зеркала,
перед фокусом или за ним. В этом случае тень начнет передвигаться с
противоположных сторон освещенной поверхности в зависимости от разницы
фокальных зон.
Описаниый теневой прибор Фуко своей чувствительностью и
точностью приближается к интерференционному измерению. При изготовлении
точных корригированных дублетных объективов этим способом контролируют
поверхность рассеивающей линзы, которую затем используют как калибр для
соответствующей выпуклой поверхности собирающей линзы вогнутых поверхностей
нли готовых объективов. Принцип метода заключается в прохождении света через
точную перфорированную сетку. Отдельные отверстия сетки расположены так, что
лучи проходят по прямой весь диаметр измеряемой поверхности. Каждый луч,
проходящий через отверстие, можно изолировать и измерить его фокусное
расстояние или зафиксировать расположение всех лучей перед фокусом и за ним
на фотографической пластинке. По результатам этих измерений можно точно
установить подлинную форму контролируемой поверхности или сферическую аберрацию
объектива
При использовании различных монохроматических источников
спета можно этим способом измерить хроматическую по- грешность объектива.
Теневой прибор Р о п ч и служит дли быстрого визуального
наблюдения формы полированной вогнутой поверхности
или для наблюдения разрешающей способности объектива.
Наблюдение производится при помощи микроскопической решетки или системы
тонких микроскопических линий. Этот способ применяют при производстве
астрономической оптики и вогнутых зеркал рефлекторов, особенно если требуется
небольшая параболичность поверхности.
Теневой метод Максутова, при котором применяют щель н
нить, можно использонать для быстрого и точного определения фактической формы
поверхности полых зеркал.
При деформированных поверхностях можно контролировать
отдельные зоны и их фокусное расстояние.
Контроль качества поверхности. В заводской практике
качество обработанной поверхности контролируется с двух точек зрении:
определяют наличие поверхностных дефектов и одновременно степень
установленного качества обработки.
Контроль, направленный на обнаружение поверхностных
повреждений, является только визуальным. Он ограничивается в основном
контролем поверхности постепенного сглаживания шлифованной поверхности и
дефектов повреждений на тонко ошлифованной рабочей поверхности. Если в этой
стадии контроля обнаруживаются дефекты, они устраняются еще в процессе
обработки.Степень обработки проверяют по продолжительности отдельных операций
и измерению толщины обрабатываемой детали. Нормы технологического времени и
съема отдельных деталей
устанавливают по конкретным условиям обработки п
зависимости от технологического режима и данного стекла. В среднем можно
считать, что для совершенной ошлифовки стекла типа ВК7 нужно снять слой
приблизительно толщиной 12—15 мк, если для последней стадии тонкой шлифовки
был использован шлифовальный порошок с зернистостью 7- 10 мк.
Измерительными устройствами контролируют качество
поверхности, в частности при определении и введении новых тсхнологнческих
процессов, а также при обработке особенно ответственных изделий,
В этом случае используют микроскопы, профилометры и
микроинтерферометры.
Интерферометрические приборы применяют в оптичесг<ом
произнодстве для прямого наблюдения и измерения формы полированной
поверхности или для измерения толщины с точностью более 10_э мм. Контроль
можно производить обычными заводскими интерферометрами с небольшим
увеличением или без увеличения, микроинтерферометром, дающим 100- или
500-кратиое увеличение, интерферометром, предназначенным исключительно для
измерения толщин.
Заводские интерферометры сконструированы обычно по
принципу Юнга Френеля. Зона замедленной траектории создастся воздушным
клином, образуемым эталонной панелью и испытываемой поверхностью. Заводские
интерферометры этого типа Имеют большое поле зрения - - приблизительно 14 см, что значительно
облегчает и упрощает измерение.
Интерферометрические измерения, производимые во время
обработки, упрощают технологический контроль и, в отличие от других способов,
исключают возможность повреждения измеряемой поверхности. Интерферометрическн
можно очень точно определить положение нежелательного клипа на
плоскопараллельных поверхностях, осуществить же это механическим изме
рением довольно сложно, так как в данном случае трудно
исключить возможную клнновость планшайбы основания.
Для интерферометрического измерения толщины необходима
совершенная полировка планшайбы основания и поверхности измеряемой детали.
Деталь должна быть соединена с планшайбой основания оптическим контактом.
Толщину измеряют заводским интерференционным устройством или специальным
измерительным интерферометром па четырех длинах волн для наибольшей точности
измеренного значения. Обычно применяют гелиевую или криптоновую разрядную
трубку. Гелиевая лампа благодаря хорошей когерентности позволяет измерять
толщину до 40 мм\ длину волны криптоновой трубки можно использовать для
измерения до толщины 60 мм.
Если обе поверхности точно параллельны, то обе системы
линий тоже будут параллельны, хотя они пе будут перекрывать друг друга.
Взаимное положение линии обеих систем зависит от толщины присосанных
пластинок.
Параллельность линий можно наблюдать невооруженным глазом
с точностью до 7ш их расстояния. Однако на практике обычно обе системы линий
непараллельны. Это означает, что присосанные пластинки клиновидны. Величину
клипа можно точно определить, если установить, на сколько полос по всему
диаметру пластинки расходятся обе системы, и если известна длина волны
использованного монохроматического света. Соответствующей обработкой
клиновидность может быть устранена еще по время полировки. Б некоторых
случаях необходимо знать при обработке оптико-физических деталей их точную
толщину. Это требование обычно выявляется при производстве очень точных
плоскопараллельных пластинок. Гели толщину пластинки требуется выдержать с
точностью более 0,001 мм,
то нужно этот допуск контролировать интерферометром еще во время обработки.
Прежде всего определяют толщину измеряемой детали
механическим измерительным инструментом с точностью до 0,001 мм и высчитывают
положение интерференционной линии для одной тысячной доли. Измеренная толщина
выражается числом целых полуволн и их долей. Обычно берут значение первой
нижней тысячной доли. Положение линии основной системы можно подсчитать при
помощи так называемого дробного числа, дающего число полуволн, приходящихся
на 1 мм
любой толщины.
Положение интерфереицпопной линии в основной системе
определяется значением трехзначной цифры после запятой десятичной дроби.
Разность между значением измеренной толщины и подсчитанной
дает ту толщину, которая должна быть еще снята для получения требуемой
точности. При полировке на заданную толщину надо тщательно следить за тем,
чтобы со всей поверхности полируемой плоскости снимался равномерный пло-
снепараллельный слой, в крайнем случае в форме небольшой вогнутости.
|