Ποιότητα Επιφανείας
Η ποιότητα της επιφάνειας μιας οπτικής επιφάνειας περιγράφει την καλλυντική της εμφάνιση και περιλαμβάνει ελαττώματα όπως γρατσουνιές και κοιλώματα ή σκάψιμο.Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτά τα επιφανειακά ελαττώματα είναι καθαρά καλλυντικά και δεν επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση του συστήματος, ωστόσο, μπορεί να προκαλέσουν μια μικρή απώλεια στην απόδοση του συστήματος και μια μικρή αύξηση στο διάσπαρτο φως.Ωστόσο, ορισμένες επιφάνειες, ωστόσο, είναι πιο ευαίσθητες σε αυτά τα φαινόμενα, όπως: (1) επιφάνειες σε επίπεδα εικόνας επειδή αυτά τα ελαττώματα είναι εστιασμένα και (2) επιφάνειες που βλέπουν υψηλά επίπεδα ισχύος, επειδή αυτά τα ελαττώματα μπορεί να προκαλέσουν αυξημένη απορρόφηση ενέργειας και ζημιά το οπτικό.Η πιο κοινή προδιαγραφή που χρησιμοποιείται για την ποιότητα της επιφάνειας είναι η προδιαγραφή scratch-dig που περιγράφεται από το MIL-PRF-13830B.Ο χαρακτηρισμός γρατσουνιών καθορίζεται συγκρίνοντας τις γρατσουνιές σε μια επιφάνεια με ένα σύνολο τυπικών γρατσουνιών υπό ελεγχόμενες συνθήκες φωτισμού.Επομένως, η ονομασία γρατσουνιάς δεν περιγράφει την ίδια την πραγματική γρατσουνιά, αλλά τη συγκρίνει με μια τυποποιημένη γρατσουνιά σύμφωνα με το MIL-Spec.Η ονομασία σκάψιμο, ωστόσο, σχετίζεται άμεσα με το σκάψιμο, ή το μικρό λάκκο στην επιφάνεια.Η ονομασία εκσκαφής υπολογίζεται στη διάμετρο της εκσκαφής σε μικρά διαιρούμενη με το 10. Οι προδιαγραφές γρατσουνίσματος 80-50 θεωρούνται τυπικά τυπική ποιότητα, ποιότητα ακρίβειας 60-40 και ποιότητα υψηλής ακρίβειας 20-10.
| Πίνακας 6: Κατασκευαστικές ανοχές για την ποιότητα της επιφάνειας | |
| Ποιότητα επιφάνειας (γρατζουνιές) | Βαθμός ποιότητας |
| 80-50 | Τυπικός |
| 60-40 | Ακρίβεια |
| 40-20 | Υψηλή ακρίβεια |
Επιπεδότητα επιφάνειας
Η επιπεδότητα επιφάνειας είναι ένας τύπος προδιαγραφής ακρίβειας επιφάνειας που μετρά την απόκλιση μιας επίπεδης επιφάνειας όπως αυτή ενός καθρέφτη, ενός παραθύρου, ενός πρίσματος ή ενός επίπεδου φακού.Αυτή η απόκλιση μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ένα οπτικό επίπεδο, το οποίο είναι μια επίπεδη επιφάνεια αναφοράς υψηλής ποιότητας και υψηλής ακρίβειας που χρησιμοποιείται για τη σύγκριση της επιπεδότητας ενός δοκιμίου.Όταν η επίπεδη επιφάνεια του οπτικού ελέγχου τοποθετείται πάνω στο οπτικό επίπεδο, εμφανίζονται κρόσσια των οποίων το σχήμα υπαγορεύει την επιπεδότητα της επιφάνειας του υπό επιθεώρηση οπτικού.Εάν τα κρόσσια είναι ομοιόμορφα, ευθεία και παράλληλα, τότε η οπτική επιφάνεια υπό δοκιμή είναι τουλάχιστον τόσο επίπεδη όσο η οπτική επίπεδη επιφάνεια αναφοράς.Εάν τα κρόσσια είναι καμπυλωμένα, ο αριθμός των κροσσών μεταξύ δύο νοητών γραμμών, μία εφαπτομένη στο κέντρο μιας κροσσής και μία μέσω των άκρων της ίδιας κροσσής, δείχνει το σφάλμα επιπεδότητας.Οι αποκλίσεις στην επιπεδότητα συχνά μετρώνται σε τιμές κυμάτων (λ), που είναι πολλαπλάσια του μήκους κύματος της πηγής δοκιμής.Ένα κρόσσι αντιστοιχεί στο ½ ενός κύματος, δηλαδή, 1 λ ισοδύναμο με 2 κρόσσια.
| Πίνακας 7: Κατασκευαστικές ανοχές για επιπεδότητα | |
| Ομαλότητα | Βαθμός ποιότητας |
| 1λ | Τυπικός |
| λ/4 | Ακρίβεια |
| λ/10 | Υψηλή ακρίβεια |
Εξουσία
Το Power είναι ένας τύπος προδιαγραφής ακρίβειας επιφάνειας, που ισχύει για καμπύλες οπτικές επιφάνειες ή επιφάνειες με ισχύ.Είναι μια μέτρηση της καμπυλότητας στην επιφάνεια ενός οπτικού και διαφέρει από την ακτίνα καμπυλότητας στο ότι εφαρμόζεται στην απόκλιση μικροκλίμακας στο σφαιρικό σχήμα ενός φακού.π.χ., θεωρήστε ότι η ακτίνα ανοχής καμπυλότητας ορίζεται ως 100 +/-0,1 mm, μόλις αυτή η ακτίνα δημιουργηθεί, γυαλιστεί και μετρηθεί, βρίσκουμε ότι η πραγματική της καμπυλότητα είναι 99,95 mm, η οποία εμπίπτει στην καθορισμένη μηχανική ανοχή.Σε αυτή την περίπτωση, γνωρίζουμε ότι η εστιακή απόσταση είναι επίσης σωστή, αφού έχουμε πετύχει το σωστό σφαιρικό σχήμα.Αλλά μόνο και μόνο επειδή η ακτίνα και η εστιακή απόσταση είναι σωστές, δεν σημαίνει ότι ο φακός θα λειτουργεί όπως έχει σχεδιαστεί.Επομένως, δεν αρκεί να ορίσουμε απλώς την ακτίνα καμπυλότητας αλλά και τη συνοχή της καμπυλότητας – και αυτό ακριβώς έχει σχεδιαστεί να ελέγχει η ισχύς.Χρησιμοποιώντας πάλι την ίδια ακτίνα 99,95 mm που αναφέρθηκε παραπάνω, ένας οπτικός μπορεί να επιθυμεί να ελέγξει περαιτέρω την ακρίβεια του διαθλασμένου φωτός περιορίζοντας την ισχύ σε ≤ 1 λ.Αυτό σημαίνει ότι σε ολόκληρη τη διάμετρο, δεν μπορεί να υπάρξει μεγαλύτερη απόκλιση από 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) στη συνοχή του σφαιρικού σχήματος.Η προσθήκη αυτού του αυστηρότερου επιπέδου ελέγχου στη μορφή της επιφάνειας βοηθά στη διασφάλιση ότι οι ακτίνες φωτός στη μία πλευρά του φακού δεν διαθλώνται διαφορετικά από αυτές στην άλλη πλευρά.Δεδομένου ότι ο στόχος μπορεί να είναι να επιτευχθεί ακριβής εστίαση όλου του προσπίπτοντος φωτός, όσο πιο σταθερό είναι το σχήμα, τόσο πιο ακριβής θα συμπεριφέρεται το φως όταν περνά μέσα από τον φακό.
Οι οπτικοί καθορίζουν το σφάλμα ισχύος ως προς τα κύματα ή τα κρόσσια και το μετρούν χρησιμοποιώντας ένα συμβολόμετρο.Δοκιμάζεται με τρόπο παρόμοιο με την επιπεδότητα, στο ότι μια καμπύλη επιφάνεια συγκρίνεται με μια επιφάνεια αναφοράς με μια εξαιρετικά βαθμονομημένη ακτίνα καμπυλότητας.Χρησιμοποιώντας την ίδια αρχή παρεμβολής που προκαλείται από τα κενά αέρα μεταξύ των δύο επιφανειών, το σχέδιο των κροσσών της παρεμβολής χρησιμοποιείται για να περιγράψει την απόκλιση της επιφάνειας δοκιμής από την επιφάνεια αναφοράς (Εικόνα 11).Μια απόκλιση από το κομμάτι αναφοράς θα δημιουργήσει μια σειρά από δαχτυλίδια, γνωστά ως Δαχτυλίδια του Νεύτωνα.Όσο περισσότεροι δακτύλιοι υπάρχουν, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόκλιση.Ο αριθμός των σκοτεινών ή φωτεινών δακτυλίων, όχι το άθροισμα του φωτός και του σκοτεινού, αντιστοιχεί στο διπλάσιο του αριθμού των κυμάτων σφάλματος.
Εικόνα 11: Σφάλμα ισχύος που ελέγχεται με σύγκριση με επιφάνεια αναφοράς ή χρησιμοποιώντας συμβολόμετρο
Το σφάλμα ισχύος σχετίζεται με το σφάλμα στην ακτίνα καμπυλότητας με την ακόλουθη εξίσωση όπου ΔR είναι το σφάλμα ακτίνας, D είναι η διάμετρος του φακού, R είναι η ακτίνα επιφάνειας και λ είναι το μήκος κύματος (συνήθως 632,8 nm):
Σφάλμα ισχύος [κύματα ή λ] = ∆R D²/8R²λ
Εικόνα 12: Σφάλμα τροφοδοσίας έναντι σφάλματος διαμέτρου έναντι ακτίνας στο κέντρο
Παρατυπία
Η ανωμαλία λαμβάνει υπόψη τις μικρές διακυμάνσεις σε μια οπτική επιφάνεια.Όπως και η ισχύς, μετριέται με όρους κυμάτων ή κροσσών και χαρακτηρίζεται με χρήση συμβολόμετρου.Εννοιολογικά, είναι πιο εύκολο να σκεφτούμε την ανωμαλία ως μια προδιαγραφή που καθορίζει πόσο ομοιόμορφα λεία πρέπει να είναι μια οπτική επιφάνεια.Ενώ οι συνολικές μετρούμενες κορυφές και κοιλάδες σε μια οπτική επιφάνεια μπορεί να είναι πολύ συνεπείς σε μια περιοχή, ένα διαφορετικό τμήμα του οπτικού μπορεί να παρουσιάζει πολύ μεγαλύτερη απόκλιση.Σε μια τέτοια περίπτωση, το φως που διαθλάται από τον φακό μπορεί να συμπεριφέρεται διαφορετικά ανάλογα με το πού διαθλάται από το οπτικό.Ως εκ τούτου, η ανωμαλία είναι σημαντικός παράγοντας κατά τον σχεδιασμό φακών.Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς αυτή η απόκλιση μορφής επιφάνειας από την τέλεια σφαιρική μπορεί να χαρακτηριστεί χρησιμοποιώντας μια προδιαγραφή Φ/Β ανωμαλίας.
Εικόνα 13: Μέτρηση Φ/Β ανωμαλίας
Η ανωμαλία είναι ένας τύπος προδιαγραφής ακρίβειας επιφάνειας που περιγράφει πώς το σχήμα μιας επιφάνειας αποκλίνει από το σχήμα μιας επιφάνειας αναφοράς.Λαμβάνεται από την ίδια μέτρηση με την ισχύ.Η κανονικότητα αναφέρεται στη σφαιρικότητα των κυκλικών κροσσών που σχηματίζονται από τη σύγκριση της επιφάνειας δοκιμής με την επιφάνεια αναφοράς.Όταν η ισχύς μιας επιφάνειας είναι πάνω από 5 κρόσσια, είναι δύσκολο να εντοπιστούν μικρές ανωμαλίες μικρότερες από 1 κρόσσι.Ως εκ τούτου, είναι κοινή πρακτική να προσδιορίζονται επιφάνειες με αναλογία ισχύος προς ανωμαλία περίπου 5:1.
Εικόνα 14: Επιπεδότητα έναντι ισχύος έναντι ανωμαλίας
RMS Verses PV Power and Irregularity
Όταν συζητάμε την ισχύ και την παρατυπία, είναι σημαντικό να διακρίνουμε τις δύο μεθόδους με τις οποίες μπορούν να οριστούν.Το πρώτο είναι απόλυτη τιμή.Για παράδειγμα, εάν ένα οπτικό ορίζεται ότι έχει 1 ανωμαλία κύματος, δεν μπορεί να υπάρχει μεγαλύτερη από 1 διαφορά κύματος μεταξύ του υψηλότερου και του χαμηλότερου σημείου στην οπτική επιφάνεια ή από κορυφή σε κοιλάδα (PV).Η δεύτερη μέθοδος είναι να προσδιορίσετε την ισχύ ή την ανωμαλία ως RMS 1 κύματος (μέσος όρος ρίζας στο τετράγωνο) ή μέσο όρο.Σε αυτή την ερμηνεία, μια οπτική επιφάνεια που ορίζεται ως ακανόνιστο RMS 1 κύματος μπορεί, στην πραγματικότητα, να έχει κορυφές και κοιλάδες που υπερβαίνουν το 1 κύμα, ωστόσο, κατά την εξέταση της πλήρους επιφάνειας, η συνολική μέση ανωμαλία πρέπει να είναι εντός 1 κύματος.
Συνολικά, το RMS και το PV είναι και οι δύο μέθοδοι για την περιγραφή του πόσο καλά ταιριάζει το σχήμα ενός αντικειμένου με την σχεδιασμένη καμπυλότητα του, που ονομάζεται "επιφανειακό σχήμα" και "τραχύτητα επιφάνειας", αντίστοιχα.Και οι δύο υπολογίζονται από τα ίδια δεδομένα, όπως μια μέτρηση συμβολόμετρου, αλλά οι έννοιες είναι αρκετά διαφορετικές.Το PV είναι καλό στο να δίνει ένα «χειρότερο σενάριο» για την επιφάνεια.Το RMS είναι μια μέθοδος για την περιγραφή της μέσης απόκλισης του σχήματος της επιφάνειας από την επιθυμητή ή την επιφάνεια αναφοράς.Το RMS είναι καλό για την περιγραφή της συνολικής διακύμανσης της επιφάνειας.Δεν υπάρχει απλή σχέση μεταξύ PV και RMS.Ωστόσο, ως γενικός κανόνας, μια τιμή RMS είναι περίπου 0,2 τόσο αυστηρή όσο η μη μέση τιμή όταν συγκρίνεται δίπλα-δίπλα, δηλαδή 0,1 ακανόνιστο Φ/Β κύματος ισοδυναμεί με περίπου 0,5 RMS κύματος.
Φινίρισμα Επιφανείας
Το φινίρισμα επιφάνειας, γνωστό και ως τραχύτητα επιφάνειας, μετρά τις ανωμαλίες μικρής κλίμακας σε μια επιφάνεια.Είναι συνήθως ένα ατυχές υποπροϊόν της διαδικασίας στίλβωσης και του τύπου υλικού.Ακόμα κι αν το οπτικό κρίνεται εξαιρετικά ομαλό με μικρές ανωμαλίες σε όλη την επιφάνεια, σε κοντινή επιθεώρηση, μια πραγματική μικροσκοπική εξέταση μπορεί να αποκαλύψει μεγάλη ποικιλία στην υφή της επιφάνειας.Μια καλή αναλογία αυτού του τεχνουργήματος είναι να συγκρίνουμε την τραχύτητα της επιφάνειας με το γυαλόχαρτο.Ενώ το λεπτότερο μέγεθος κόκκου μπορεί να φαίνεται ομαλό και κανονικό στην αφή, η επιφάνεια στην πραγματικότητα αποτελείται από μικροσκοπικές κορυφές και κοιλάδες που καθορίζονται από το φυσικό μέγεθος του ίδιου του κόκκου.Στην περίπτωση των οπτικών, το "τρίξιμο" μπορεί να θεωρηθεί ως μικροσκοπικές ανωμαλίες στην υφή της επιφάνειας που προκαλούνται από την ποιότητα του γυαλίσματος.Οι τραχιές επιφάνειες τείνουν να φθείρονται πιο γρήγορα από τις λείες επιφάνειες και μπορεί να μην είναι κατάλληλες για ορισμένες εφαρμογές, ειδικά εκείνες με λέιζερ ή έντονη θερμότητα, λόγω πιθανών σημείων πυρήνωσης που μπορεί να εμφανιστούν σε μικρές ρωγμές ή ατέλειες.
Σε αντίθεση με την ισχύ και την ανωμαλία, που μετρώνται σε κύματα ή κλάσματα κύματος, η τραχύτητα της επιφάνειας, λόγω της ακραίας κοντινής εστίασής της στην υφή της επιφάνειας, μετριέται στην κλίμακα των angstroms και πάντα σε όρους RMS.Για σύγκριση, χρειάζονται δέκα άνγκστρομ για να ισούται με ένα νανόμετρο και 632,8 νανόμετρα για να ισούται με ένα κύμα.
Εικόνα 15: Μέτρηση RMS τραχύτητας επιφάνειας
| Πίνακας 8: Ανοχές κατασκευής για φινίρισμα επιφάνειας | |
| Τραχύτητα επιφάνειας (RMS) | Βαθμός ποιότητας |
| 50Å | Τυπικός |
| 20Å | Ακρίβεια |
| 5Å | Υψηλή ακρίβεια |
Σφάλμα μεταδιδόμενου μετώπου κύματος
Το μεταδιδόμενο σφάλμα μετώπου κύματος (TWE) χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της απόδοσης των οπτικών στοιχείων καθώς το φως διέρχεται.Σε αντίθεση με τις μετρήσεις της μορφής της επιφάνειας, οι μετρήσεις του μεταδιδόμενου μετώπου κύματος περιλαμβάνουν σφάλματα από την μπροστινή και πίσω επιφάνεια, τη σφήνα και την ομοιογένεια του υλικού.Αυτή η μέτρηση της συνολικής απόδοσης προσφέρει καλύτερη κατανόηση της απόδοσης ενός οπτικού στον πραγματικό κόσμο.
Ενώ πολλά οπτικά εξαρτήματα δοκιμάζονται μεμονωμένα για τη μορφή επιφάνειας ή τις προδιαγραφές TWE, αυτά τα εξαρτήματα αναπόφευκτα ενσωματώνονται σε πιο σύνθετα οπτικά συγκροτήματα με τις δικές τους απαιτήσεις απόδοσης.Σε ορισμένες εφαρμογές είναι αποδεκτό να βασίζεστε σε μετρήσεις εξαρτημάτων και ανοχή για την πρόβλεψη της τελικής απόδοσης, αλλά για πιο απαιτητικές εφαρμογές είναι σημαντικό να μετράτε το συγκρότημα όπως έχει κατασκευαστεί.
Οι μετρήσεις TWE χρησιμοποιούνται για να επιβεβαιώσουν ότι ένα οπτικό σύστημα είναι κατασκευασμένο σύμφωνα με τις προδιαγραφές και θα λειτουργεί όπως αναμένεται.Επιπλέον, οι μετρήσεις TWE μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ενεργή ευθυγράμμιση συστημάτων, μειώνοντας τον χρόνο συναρμολόγησης, διασφαλίζοντας παράλληλα την αναμενόμενη απόδοση.
Η Paralight Optics ενσωματώνει προηγμένους μύλους και στιλβωτές CNC, τόσο για τυπικά σφαιρικά σχήματα, όσο και για ασφαιρικά και ελεύθερα περιγράμματα.Χρησιμοποιώντας την προηγμένη μετρολογία, συμπεριλαμβανομένων συμβολομέτρων Zygo, προφιλόμετρων, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric κ.λπ. τόσο για μετρολογία κατά τη διαδικασία όσο και για τελική επιθεώρηση, καθώς και η πολυετής εμπειρία μας στην οπτική κατασκευή και επίστρωση μας επιτρέπει να αντιμετωπίσουμε μερικά από τα πιο περίπλοκα και οπτικά υψηλής απόδοσης για να πληρούν τις απαιτούμενες οπτικές προδιαγραφές από τους πελάτες.
Για περισσότερες σε βάθος προδιαγραφές, δείτε τα οπτικά στοιχεία του καταλόγου μας ή τα επιλεγμένα προϊόντα.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-26-2023