Качество на повърхността
Качеството на повърхността на една оптична повърхност описва нейния козметичен външен вид и включва такива дефекти като драскотини и вдлъбнатини или вдлъбнатини.В повечето случаи тези повърхностни дефекти са чисто козметични и не влияят значително на производителността на системата, но могат да причинят малка загуба на пропускателна способност на системата и леко увеличение на разсеяната светлина.Някои повърхности обаче са по-чувствителни към тези ефекти като: (1) повърхности в равнините на изображението, защото тези дефекти са на фокус и (2) повърхности, които виждат високи нива на мощност, тъй като тези дефекти могат да причинят повишено поглъщане на енергия и щети оптиката.Най-честата спецификация, използвана за качество на повърхността, е спецификацията за надраскване и копаене, описана от MIL-PRF-13830B.Обозначението на драскотината се определя чрез сравняване на драскотините върху повърхност с набор от стандартни драскотини при контролирани условия на осветление.Следователно обозначението на драскотината не описва самата действителна драскотина, а по-скоро я сравнява със стандартизирана драскотина според MIL-Spec.Обозначението на изкопа обаче е пряко свързано с изкопа или малка яма на повърхността.Обозначението на изкопа се изчислява като диаметърът на изкопа в микрони, разделен на 10. Спецификациите за изкопаване на надраскване от 80-50 обикновено се считат за стандартно качество, 60-40 за прецизно качество и 20-10 за високо прецизно качество.
| Таблица 6: Производствени толеранси за качеството на повърхността | |
| Качество на повърхността (надраскване-копаене) | Качествен клас |
| 80-50 | Типично |
| 60-40 | Прецизност |
| 40-20 | Висока прецизност |
Равност на повърхността
Плоскостта на повърхността е вид спецификация за точност на повърхността, която измерва отклонението на плоска повърхност като тази на огледало, прозорец, призма или плоска леща.Това отклонение може да бъде измерено с помощта на оптична плоскост, която е висококачествена, много прецизна плоска еталонна повърхност, използвана за сравняване на плоскостта на тестова част.Когато плоската повърхност на тестовата оптика се постави срещу оптичната плоскост, се появяват ивици, чиято форма диктува плоскостта на повърхността на проверяваната оптика.Ако ивиците са равномерно разположени, прави и успоредни, тогава изпитваната оптична повърхност е поне толкова плоска, колкото еталонната оптична плоска повърхност.Ако ресните са извити, броят на ресните между две въображаеми линии, едната допирателна към центъра на ресната и една през краищата на същата тази ивица, показва грешката в плоскостта.Отклоненията в плоскостта често се измерват в стойности на вълни (λ), които са кратни на дължината на вълната на тествания източник.Една ивица съответства на ½ вълна, т.е. 1 λ, еквивалентен на 2 ивици.
| Таблица 7: Производствени толеранси за плоскост | |
| Плоскост | Качествен клас |
| 1λ | Типично |
| λ/4 | Прецизност |
| λ/10 | Висока прецизност |
Мощност
Мощността е тип спецификация за точност на повърхността, приложима за извити оптични повърхности или повърхности с мощност.Това е измерване на кривината на повърхността на оптиката и се различава от радиуса на кривината по това, че се прилага за микромащабното отклонение в сферичната форма на леща.например, помислете, че толерансът на радиуса на кривина е дефиниран като 100 +/-0,1 mm, след като този радиус бъде генериран, полиран и измерен, откриваме, че действителната му кривина е 99,95 mm, което попада в определения механичен толеранс.В този случай знаем, че фокусното разстояние също е правилно, тъй като сме постигнали правилната сферична форма.Но това, че радиусът и фокусното разстояние са правилни, не означава, че обективът ще работи както е проектиран.Следователно не е достатъчно просто да се дефинира радиусът на кривината, но също така и последователността на кривината – и точно това мощността е предназначена да контролира.Отново използвайки същия радиус от 99,95 mm, споменат по-горе, оптикът може да пожелае да контролира допълнително точността на пречупената светлина, като ограничи мощността до ≤ 1 λ.Това означава, че по целия диаметър не може да има по-голямо отклонение от 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) в консистенцията на сферичната форма.Добавянето на това по-стриктно ниво на контрол към формата на повърхността помага да се гарантира, че светлинните лъчи от едната страна на лещата не се пречупват по различен начин от тези от другата страна.Тъй като целта може да е да се постигне точен фокус на цялата падаща светлина, колкото по-последователна е формата, толкова по-прецизно ще се държи светлината, когато преминава през лещата.
Оптиците определят грешката на мощността по отношение на вълни или ивици и я измерват с помощта на интерферометър.Тества се по начин, подобен на плоскостта, тъй като извита повърхност се сравнява с еталонна повърхност с високо калибриран радиус на кривина.Използвайки същия принцип на интерференция, причинена от въздушните междини между двете повърхности, моделът на интерференцията от ивици се използва за описание на отклонението на изпитваната повърхност от еталонната повърхност (Фигура 11).Отклонение от референтната част ще създаде поредица от пръстени, известни като пръстените на Нютон.Колкото повече пръстени има, толкова по-голямо е отклонението.Броят на тъмните или светлите пръстени, а не сумата от светлите и тъмните, съответства на два пъти броя на вълните на грешка.
Фигура 11: Грешка на мощността, тествана чрез сравняване с еталонна повърхност или използване на интерферометър
Грешката на мощността е свързана с грешката в радиуса на кривината чрез следното уравнение, където ∆R е грешката на радиуса, D е диаметърът на лещата, R е радиусът на повърхността и λ е дължината на вълната (обикновено 632,8 nm):
Грешка в мощността [вълни или λ] = ∆R D²/8R²λ
Фигура 12: Грешка в мощността спрямо диаметъра срещу грешка в радиуса в центъра
Нередност
Неравномерността взема предвид малките вариации на оптичната повърхност.Подобно на мощността, тя се измерва по отношение на вълни или ивици и се характеризира с помощта на интерферометър.Концептуално, най-лесно е да мислим за нередности като спецификация, която определя колко еднакво гладка трябва да бъде една оптична повърхност.Докато общите измерени пикове и спадове на оптична повърхност може да са много последователни в една област, различен участък от оптиката може да покаже много по-голямо отклонение.В такъв случай светлината, пречупена от лещата, може да се държи различно в зависимост от това къде се пречупва от оптиката.Следователно неравномерността е важно съображение при проектирането на лещи.Следващата фигура показва как това отклонение на формата на повърхността от идеално сферичната може да се характеризира с помощта на PV спецификация за нередности.
Фигура 13: PV измерване на неравномерност
Неравномерността е вид спецификация за точност на повърхността, описваща как формата на повърхността се отклонява от формата на еталонната повърхност.Получава се от същото измерване като мощността.Редовността се отнася до сферичността на кръглите ивици, които се образуват от сравнението на изпитваната повърхност с еталонната повърхност.Когато мощността на една повърхност е повече от 5 ивици, е трудно да се открият малки неравности с по-малко от 1 ивици.Поради това е обичайна практика да се определят повърхности със съотношение мощност към неравности приблизително 5:1.
Фигура 14: Плоскост срещу мощност срещу неравномерност
RMS стихове PV мощност и нередност
Когато обсъждаме мощност и нередност, важно е да разграничим двата метода, чрез които те могат да бъдат дефинирани.Първият е абсолютна стойност.Например, ако една оптика е дефинирана като имаща 1 нередност на вълната, не може да има повече от 1 разлика във вълната между най-високата и най-ниската точка на оптичната повърхност или от върха до долината (PV).Вторият метод е да се посочи мощността или неравномерността като 1 вълна RMS (среден квадрат) или средна стойност.В тази интерпретация оптична повърхност, дефинирана като 1 вълна RMS неравномерна, може в действителност да има пикове и спадове, които са над 1 вълна, но когато се изследва пълната повърхност, общата средна нередност трябва да попада в рамките на 1 вълна.
Като цяло, RMS и PV са двата метода за описване на това колко добре формата на даден обект съответства на неговата проектирана кривина, наречена съответно „фигура на повърхността“ и „грапавост на повърхността“.И двете се изчисляват от едни и същи данни, като например измерване с интерферометър, но значенията са доста различни.PV е добър в предоставянето на „най-лошия сценарий“ за повърхността;RMS е метод за описване на средното отклонение на фигурата на повърхността от желаната или референтна повърхност.RMS е добър за описание на цялостната вариация на повърхността.Няма проста връзка между PV и RMS.Въпреки това, като общо правило, RMS стойността е приблизително 0,2 толкова строга, колкото не-средната стойност, когато се сравнява една до друга, т.е. 0,1 вълна неправилна PV е еквивалентна на приблизително 0,5 вълна RMS.
Повърхностно покритие
Повърхностното покритие, известно още като грапавост на повърхността, измерва малки неравности по повърхността.Те обикновено са жалък страничен продукт от процеса на полиране и вида на материала.Дори ако оптиката се счита за изключително гладка с малки неравности по повърхността, при проверка отблизо действителното микроскопско изследване може да разкрие големи вариации в текстурата на повърхността.Добра аналогия на този артефакт е да се сравни грапавостта на повърхността с песъчинките на шкурка.Въпреки че най-финият размер на песъчинките може да изглежда гладък и правилен на допир, повърхността всъщност е съставена от микроскопични върхове и вдлъбнатини, определени от физическия размер на самата песъчинка.В случай на оптика, "песъчинките" могат да се разглеждат като микроскопични неравности в текстурата на повърхността, причинени от качеството на лака.Грапавите повърхности са склонни да се износват по-бързо от гладките повърхности и може да не са подходящи за някои приложения, особено тези с лазери или интензивна топлина, поради възможни места на нуклеация, които могат да се появят в малки пукнатини или несъвършенства.
За разлика от мощността и нередностите, които се измерват във вълни или фракции от вълна, грапавостта на повърхността, поради екстремния си фокус отблизо върху текстурата на повърхността, се измерва по скалата на ангстрьомите и винаги по отношение на RMS.За сравнение, необходими са десет ангстрьома, за да се равняват на един нанометър и 632,8 нанометра, за да се равняват на една вълна.
Фигура 15: RMS измерване на грапавостта на повърхността
| Таблица 8: Производствени толеранси за повърхностно покритие | |
| Грапавост на повърхността (RMS) | Качествен клас |
| 50Å | Типично |
| 20Å | Прецизност |
| 5Å | Висока прецизност |
Грешка на предавания Wavefront
Грешката на предавания вълнов фронт (TWE) се използва за определяне на работата на оптичните елементи при преминаване на светлината.За разлика от измерванията на формата на повърхността, измерванията на предавания вълнов фронт включват грешки от предната и задната повърхност, клина и хомогенността на материала.Този показател за цялостната производителност предлага по-добро разбиране на производителността на оптиката в реалния свят.
Докато много оптични компоненти се тестват индивидуално за повърхностна форма или TWE спецификации, тези компоненти неизбежно се вграждат в по-сложни оптични модули със собствени изисквания за производителност.В някои приложения е приемливо да се разчита на измервания на компоненти и толеранси, за да се предвиди крайната производителност, но за по-взискателни приложения е важно да се измери сглобката във вида, в който е изградена.
TWE измерванията се използват, за да се потвърди, че оптичната система е изградена според спецификацията и ще функционира според очакванията.Освен това измерванията на TWE могат да се използват за активно подравняване на системи, намалявайки времето за сглобяване, като същевременно се гарантира постигането на очакваната производителност.
Paralight Optics включва най-съвременни CNC шлифовъчни и полиращи машини, както за стандартни сферични форми, така и за асферични и свободни контури.Използването на усъвършенствана метрология, включително Zygo интерферометри, профилометри, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric и т.н. както за метрология в процеса, така и за окончателна проверка, както и дългогодишният ни опит в оптичното производство и покритие ни позволява да се справим с някои от най-сложните и високоефективна оптика, която отговаря на изискваната оптична спецификация от клиентите.
За по-задълбочени спецификации, моля, прегледайте нашия каталог с оптика или представени продукти.
Време на публикуване: 26 април 2023 г