Інтерференційний метод

Контроль плоских поверхонь і плоско-паралельних пластинок. Для контролю площин оптичних поверхонь і плоско паралельності скляних пластинок діаметром до 200 мм служить інтерферометр ГОІ (136). Оптична схема інтерферометра показана на рис. 1. Пучок променів від джерела світла 1 (ртутна лампа) за допомогою конденсорних лінз 2 і 4 і дзеркала 3 висвітлює розсувну щілину діафрагму 5, встановлену у фокальній площині об'єктива 10. Для виділення зеленої лінії λ= 0,5461 мкм служить світлофільтр 6. Ширина щілини встановлюється за відліковим барабаном від 0 до 10 нм. Пучок променів, пройшовши напівпрозору плоско паралельну пластинку 8, діафрагму 9 і об'єктив 10, стає паралельним. Діафрагма служить для регулювання діаметра світлового пучка променів, відбитих від пластинки 12. На шляху променів, що проходять об'єктив, знаходяться еталонна клиноподібна пластинка 11 і випробувана деталь 12. У повітряному клині між перевіреною поверхнею деталі та еталонної поверхнею пластинки утворюються інтерференційні смуги рівної товщини. Пучки променів, відбиті від цих поверхонь , після проходження через об'єкти відбиваються від напівпрозорої пластинки, а потім від дзеркала 16, потрапляють в телескопічну лупу, що складається з об'єктива 17, дзеркала 18, оптичного мікрометра 19 і окуляра. При перевірці площинності пластинки 12 відкидне дзеркало 16 ставиться в положення 1, яке і направляє відбитий від пластинки світловий пучок променів в телескопічну лупу. За допомогою цієї лупи, наведеної на нижню поверхню клиноподібної пластинки, розглядається картина інтерференційних смуг.

рис. 1

Для фотографування смуг на плівку 14 служить фотооб'єктив 13; при цьому відкидне дзеркало повинно бути поставлено в положені IIі. Оптичний окулярний мікрометр у вигляді плоско паралельної пластинки служить для вимірювання непрямолінійності смуг. Окуляр і мікрометр жорстко з'єднані і можуть обертатися (до 150 °) для установки сітки ниток паралельно напрямку інтерференційних смуг. Контроль плоскопаралельності пластинок здійснюється за схемою, при якій зеркало 16 прибирається зі шляху пучка променів, що йде від напівпрозорої пластинки 8 і ставиться п положення II, а на шляху пучка променів, що йде від діафрагми 5 в об'єктив 10, включається об'єктив 7 з 4 * збільшенням, проектуючий щілину 5 на поверхню випробуваної пластинки 12. Клиноподібна пластинка 11 нахиляється на кут 2° для відведення з поля бачення окуляра 20 відблисків від її поверхні. За допомогою зорової труби, складеної на об'єктива 10 і окуляра 15, спостерігаються смуги рівного нахилу.

Більш точна оцінка якості плоских оптичних поверхонь, як уже було сказано вище, може бути отримана методом фотоелектричної реєстрації зміни інтенсивності енергії в інтерференційної картини, що виникає в результаті складання пучків променів від випробуваної і еталонної поверхонь [20]. Відомо, що інтенсивність відбитого світла I в повітряному проміжку між випробуваної і еталонної поверхнями при майже нормальному падінні пучка променів визначається формулою:

I=i1 + i2 + 2,де i1 ,i2 - інтенсивність першого і другого интерферуючих пучків; h - товщина повітряного проміжку; λ - довжина хвилі світла. Прийнявши показник заломлення скляних пластин випробуваної та еталонної n=1,5 , отримаємо i1 =i2 =0,04. При h= λ/4 будемо мати I= 0, при h= λ/2 =0,16, при h= ¾* λ I=0 і так далі.

рис. 2

Таким чином, при переміщенні світлового пучка в межах половини ширини інтерференційної смуги інтенсивність відбитого світла буде змінюватися від 0 до 16% від падаючої світлової енергії. Так як зміна I відбувається за синусоїдальної залежності, то кожен раз потрібно проводити градуювання шкали приладу з визначенням відповідності розподілу 0,01 смузі, тобто граничного зсуву відбитого пучка, енергія якого ще може бути зафіксована. Оскільки при вимірюванні енергії важливо зберегти масштабність або рівномірність ціни ділення шкали, то градуювання і наступні спостереження ведуть на прямолінійній ділянці синусоїди, що дорівнює приблизно 2/3 ширини півполоси, де зміна інтенсивності відбитого світла відбувається в межах від 0 до 12%. Оптична схема приладу (рис. 2) представляє інтерферометр, що складається з об'єктиву коліматора 5, у фокусі якого поміщена діафрагма з круглим отвором 4, освітленим від стабілізованого джерела світла 1 через змінний світлофільтр 3 та конденсор 2, еталонної пластинки 8 і предметного столу 9. Для реєстрації відбитого пучка променів в схему приладу введені дзеркало 10 і фотоелектронний помножувач 12. Для регулювання розміру світлового відблиску за об'єктивом коліматора встановлена ​​діафрагма 6. Предметний стіл має обертальний і два взаємно перпендикулярних руху. Розмір еталонної пластини залежить від розміру випробуваної поверхні 7 і якості площинності. Чим більше розмір еталонної пластини, тим більша має бути якість її поверхні. Для усунення відображених неробочих відблисків світла від нижньої поверхні еталонної пластини остання повинна бути печерні. Випробувана пластинка накладається безпосередньо на еталонну і вони разом поміщаються в спеціальну оправу з регулювальними затискачами на краях, дозволяющими отримати кілька інтерференційних смуг по всій поверхні. Оправа з пластинками встановлюється на предметний стол так, щоб інтерференційні смуги розташувалися паралельно подовжньому переміщенню столу.

Спочатку, якщо освітленість для візуальних спостережень недостатня, то без світлофільтру відбитий пучок променів - «зайчик» від дотичних поверхонь шляхом нахилу оптичної системи направляється на дзеркало і ФЕУ. Розмір «зайчика» встановлюється в залежності від ширини смуги. Переміщуючи стіл перпендикулярно смугах і регулюючи освітлення, отримують різницю відліків за шкалою гальванометра між максимумом і мінімумом інтенсивності смуг, що знаходяться в межах шкали. Потім переводять стіл на середній відлік по шкалі між двома крайніми відліками. Шляхом поздовжнього переміщення (паралельно смугах) і невеликих поворотів столу домагаються симетрії відліків у двох крайніх точках поверхні. Після зазначених установок приступають до вимірів і тим самим до досліджень якості поверхні по точках черев вибраний інтервал, переміщаючи стіл в поздовжньому напрямку. Щоб визначити характер випробуваної поверхні і знайти «бугор» або «яму» по відношенню до еталонної, потрібно розташувати ребро повітряного клина паралельно переміщенню столу і «зайчик» із середнього положення направити до ребра клину. Зсув індексу шкали в бік нуля покаже зменшення товщини повітряного проміжку, тобто «бугор» і, навпаки, зміщення індексу від нуля буде відповідати збільшення товщини повітряного проміжку («яма»). За отриманими даними за шкалою гальванометра і подовжнього-переміщення столу можна побудувати графік профілю досліджуваної поверхні.