(光学测量技术)第4章光学零件的测量ppt课件.pptx

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1、第4章光学零件的测量4.1光学面形偏差的检验4.2曲率半径的测量4.3平面光学零件角度的测量4.4平面光学零件平行度的测量4.5焦距和顶焦距的测量本章小结思考题与习题本章主要利用第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。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

2、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。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DⅡ-18

3、0°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。4.1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。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

4、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。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

5、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。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λ/70~λ/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

6、与假想的理想球面之间进行的。4.1.1球面光学零件面形的检验一、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。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

7、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180~200mm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。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

8、形偏差:指被检面对球面的