(光学测量技术)第4章光学零件的测量ppt课件.pptx

第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第 4 章 光学零件的测量4. 1 4. 1 光学面形偏差的检光学面形偏差的检验验4. 2 4. 2 曲率半径的测曲率半径的测量量4. 3 4. 3 平面光学零件角度的测平面光学零件角度的测量量4. 4 4. 4 平面光学零件平行度的测平面光学零件平行度的测量量4. 5 4. 5 焦距和顶焦距的测焦距和顶焦距的测量量本本章小章小结结思考题与习题思考题与习题第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去本章主要利用第2章介绍的基本仪器和方法，讨论对与光学零件和成像有关的几何参数和光学参数进行测量的方法及原理对于平面光学零件，主要有面形偏差、角度误差、平行度及最小焦距等参数;对于球面光学零件，主要有面形偏差、曲率半径、焦距及顶焦距等参数第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去教学目的教学目的1.掌握检验球面光学零件面形偏差的方法。

重点掌握玻璃样板法的原理、高低光圈的识别方法以及光圈数与半径偏差之间的关系2.掌握用单臂式(斐索型)或双臂式(泰曼型)激光球面干涉仪检测球面的面形偏差及半径测量的方法3.了解用阴影法检测球面面形偏差的原理和方法4.了解常用非球面的面形偏差检验方法，如点测法和样板法等5.掌握用钢珠式环形球径仪测量曲率半径的原理及方法6.掌握平面光学零件角度及平行度测量的常用方法7.掌握常用的焦距测量方法第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去技能要求技能要求1.能够利用玻璃样板实现生产过程中球面光学零件面形偏差的检测2.能够正确使用球面干涉仪测量面形偏差及半径等参数3.能够利用钢珠式环形球径仪测量球面光学零件的曲率半径4.能够利用精密测角仪或比较测角仪实现平面光学零件角度的测量5.能够用自准直法检测直角棱镜D-180的棱差及角度偏差6.能够选择合适的方法对不同光学零件或系统的焦距进行测量第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去4. 1 光学面形偏差的检验光学面形偏差的检验光学零件的折射面和反射面都称为光学面或工作面。

工作面实际面形对理想面形(设计时要求的面形)的偏离称为面形偏差面形检验是光学零件检验中最基本、最重要的检验项目之一，它将直接影响光学零件的质量，并且也是光学检验水平的重要标志第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去光学零件的工作面最常用的是球面和平面这除了因为它们能满足特定的要求之外，还因为它们比较容易加工此外，在很多光电仪器中还采用了一些非球面在目前情况下，非球面加工较为困难，在非球面的加工、检验问题得到解决之后，采用非球面将对光电仪器的发展起重要作用光学零件面形偏差的检验方法很多，所依据的原理也各不相同，但还是可以进行大概归类的我们知道，测量实际上是一种比较，对于面形的检验也是如此为了检验实际面形是否符合要求，应将实际面形与理想面形或标准面形进行比较，看其差别是否超出了规定的公差界限为此，必须获得实际面形或其代表物(例如某一与实际面形有确定关系的波面)以及标准面形或其代表物，以便进行比较第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去当上述两者都能以数学的形式给定时，例如标准面形可用数学表达式给定，而实际面形可通过在一定的坐标系中确定实际面形上某些点的坐标(抽样)的办法来得到，那么，“比较”是在数据处理中完成的。

当两者都以各自对应的波面(可令光波在其上反射得到)作为代表物时，可令它们相互干涉而实现比较使用样板法(接触式干涉法)或两种基本的干涉仪裴索干涉仪或泰曼-格林干涉仪(非接触干涉法)都能完成这个任务第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去为了提高灵敏度和读数精度，可采用多通道干涉法和多光束干涉法使用剪切干涉(通过原始波面与错位波面的比较)、散射干涉法等无参考镜干涉测量方法是解决大孔径光学零件表面面形偏差测量的有效方法随着激光、光电子和数值计算技术的不断发展而出现的相位探测技术，测试精度可达/70/100此外，对大孔径的光学表面实行阴影法检验，也是常用的简便易行的方法这时“比较”是在由实际面形上反射的波面与假想的理想球面之间进行的第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去4. 1. 1 球面光学零件面形的检验球面光学零件面形的检验一一、 干涉法干涉法如前所述，干涉法有接触式和非接触式之分，下面分别讨论之1. 玻璃样板法玻璃样板法所谓样板，就是按有关规定，被选作标准(面形和半径)的标准面。

玻璃样板法就是将样板与被检工作面紧密接触，用接触面间产生的干涉条纹的形状和数目来判断被检工作面对标准面的偏离的检验方法这种方法同时可以检验被检工作面对样板的曲率半径的偏差，这可根据干涉条纹(光圈)的数目来判断第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去玻璃样板法是一种十分古老的方法，然而由于它简便易行，精度很高，因此目前仍然广泛应用于零件检验和工艺过程中的检验该方法的缺点是，由于是接触测量，因而容易损伤工件，当孔径较大时，由于样板的自重变形、工件受压变形以及两者的温度变形等将使测量精度显著下降因此，样板法一般用在孔径不超过180200mm时个别情况下，也有用小样板分区逐段检验大孔径工件的，但由于精度和效率都不高，故一般很少采用第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去下面先讨论面形偏差的表示方法和光圈的识别方法1)球面零件面形偏差的表示方法半径偏差:即使零件的表面是标准球面，它还可能与样板有不同的曲率半径，此时产生规则的牛顿环(光圈)，这种半径偏差就可以用有效孔径内的光圈数N表示。

为表示偏差的性质，光圈数N用代数量表示高光圈N取正值;反之，N取负值样板的孔径一般要大于被测零件的孔径面形偏差:指被检面对球面的偏离这种偏差一般可分为两种情况第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去(1)光圈不圆，呈椭圆形此时用椭圆的长轴和短轴方向上干涉条纹之差(或在互相垂直的方向上干涉条纹的最大代数差值) 1 N 来表示，并称为像散偏差其中，N x 、 N y 分别为椭圆长、短轴方向的光圈数，它们都为代数量2)光圈局部变形变形量用光圈数表示为2N，称为局部偏差一般情况下，半径偏差和面形偏差总是同时存在，因此，有的光圈在样板孔径之内可能看不到其全部，而只能看到其一分在GB2831-81中，将上述偏差都称为面形偏差第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去2)光圈识别法在同样偏差的情况下，光圈的数目总是与照明光源的波长相关联的，因此，用光圈数表示偏差时，必须对使用的波长做出规定我国“光圈识别标准”GB2831-81规定，标准光圈对应的波长为=546.1nm。

由等厚干涉原理知，当干涉条纹变化一级时，相当于厚度变化 /( 2 n )，其中，n为引起相干光光程差变化的介质的折射率， 为相干光在真空中的波长我们规定以 /(2 n)作为计量偏差的单位，或者说，当偏差为 /( 2 n )时，称偏差为“一道圈”第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去GB2831-81规定，光圈的度量法如下:|N|1时，以有效检验范围内直径方向上最多光圈数Nmax的二分之一表示，即如图4.1(a)中所示，|N|20f，以确保成像x的质量为了瞄准有限远的球心，必须选用带伸缩筒的自准直前置镜前置镜物镜的工作孔径应大于被测球面的孔径，并适当选取前置镜的放大率，以便尽可能提高瞄准精度2)用辅助标准平面反射镜，采用自准直法确定前置镜物镜焦点的位置，并读取数据x 1 ，以便测量x3)如图4.11安置被测球面，并用自准直前置镜瞄准球心C，从而确定了x的另一个端点，读数为x 2 ，那么x=x1 -x2 4)测量a，并将a、x代入公式(4-16)中，即可求得R值第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去二、二、 精度及误差来源精度及误差来源1. 自准直显微镜法自准直显微镜法相对标准偏差:0.01%0.1%;测量范围:凹面21200mm，凸面225mm的抛光面。

自准直显微镜法主要的测量误差由自准直显微镜的两次调焦误差 R 1 和标准量误差 R 2 决定，曲率半径的测量误差为第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去 2. 自准直望远镜法自准直望远镜法相对标准误差:0.2%10%;主要测量长曲率半径的抛光面，半径测量范围:几米到几百米自准直望远镜法主要的测量误差由自准直望远镜的纵向调焦误差 x 1 和标准平面镜面形误差 x 2 决定， x的测量误差为第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去4. 3 平面光学零件角度的测量平面光学零件角度的测量现代光电仪器中，除了大量使用球面光学元件外，也几乎无一不用平面组成的光学零件，例如各种棱镜、分划板、析光镜、滤光镜和保护镜等这些平面光学零件，按设计要求都具有一定的角度，在产品加工过程或加工完毕后，都要对角度进行测量;有些零件则要求具有两个相互平行的工作面，但实际加工出的零件都具有一定的平行误差，也需要测量第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去角度的绝对测量通常有两种方式:一是通过测量与被测角度有关联的“线量”间接计算出被测角度大小，如图4.12所示，分别测量出h、b之后，就可计算出角;二是将被测角度与角度标准量进行比较，而测得被测角度的大小。

在实际生产中，也经常采用比较测量法测量角度它是通过将被测角度与相对标准量系统进行比较而实现测量的，此时测得的是被测角度与某一标准值(称为角度样板)的偏差下面重点讨论几种测量方法第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去图4.12通过测量“线量”测量角度第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去第4章 光学零件的测量火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂拥而出或留恋财物，要当机立断，披上浸湿的衣服或裹上湿毛毯、湿被褥勇敢地冲出去在上述测量中，角与度盘比较时须满足如下条件:(1)垂直于二面角A棱边的平面，应平行于度盘的示值平面，或者被测二面角的棱边平行于度盘的轴线为满足这一条件，测角仪必须做使用前的调。