Kvaliteta površine
Kvaliteta površine optičke površine opisuje njezin kozmetički izgled i uključuje takve nedostatke kao što su ogrebotine i rupe ili rupe.U većini slučajeva, ti površinski nedostaci su čisto kozmetički i ne utječu značajno na performanse sustava, iako mogu uzrokovati mali gubitak u propusnosti sustava i malo povećanje raspršene svjetlosti.Međutim, određene površine su ipak osjetljivije na ove učinke kao što su: (1) površine na ravninama slike jer su ti nedostaci u fokusu i (2) površine koje vide visoke razine snage jer ti nedostaci mogu uzrokovati povećanu apsorpciju energije i oštećenja optika.Najčešća specifikacija koja se koristi za kvalitetu površine je specifikacija ogrebotine i kopanja opisana u MIL-PRF-13830B.Oznaka ogrebotine određena je usporedbom ogrebotina na površini sa skupom standardnih ogrebotina pod kontroliranim svjetlosnim uvjetima.Stoga oznaka ogrebotine ne opisuje samu stvarnu ogrebotinu, već je uspoređuje sa standardiziranom ogrebotinom prema MIL-Spec.Oznaka iskopa, međutim, izravno se odnosi na iskop ili malu jamu na površini.Oznaka iskopa izračunava se na temelju promjera iskopa u mikronima podijeljenog s 10. Specifikacije iskopa od ogrebotina od 80-50 obično se smatraju standardnom kvalitetom, 60-40 kvalitetom preciznosti i 20-10 kvalitetom visoke preciznosti.
| Tablica 6: Proizvodna odstupanja za kvalitetu površine | |
| Kvaliteta površine (grebanje-kopanje) | Ocjena kvalitete |
| 80-50 (prikaz, ostalo). | Tipično |
| 60-40 (prikaz, ostalo). | Preciznost |
| 40-20 (prikaz, stručni). | Visoka preciznost |
Ravnost površine
Ravnost površine je vrsta specifikacije točnosti površine koja mjeri odstupanje ravne površine kao što je zrcalo, prozor, prizma ili plano-leća.Ovo odstupanje može se izmjeriti pomoću optičke ravnine, koja je visokokvalitetna, vrlo precizna ravna referentna površina koja se koristi za usporedbu ravnosti ispitnog komada.Kada se ravna površina ispitne optike postavi na optičku plohu, pojavljuju se rubovi čiji oblik diktira ravnost površine optike koja se ispituje.Ako su rubovi ravnomjerno raspoređeni, ravni i paralelni, tada je optička površina koja se ispituje barem jednako ravna kao referentna optička ploha.Ako su rese zakrivljene, broj resa između dviju zamišljenih linija, jedne tangente na središte rese i jedne kroz krajeve te iste rese, označava pogrešku ravnosti.Odstupanja u ravnosti često se mjere u vrijednostima valova (λ), koji su višekratnici valne duljine izvora za ispitivanje.Jedna resica odgovara ½ vala, tj. 1 λ ekvivalentan 2 resice.
| Tablica 7: Proizvodna odstupanja za ravnost | |
| Ravnost | Ocjena kvalitete |
| 1λ | Tipično |
| λ/4 | Preciznost |
| λ/10 | Visoka preciznost |
Vlast
Snaga je vrsta specifikacije točnosti površine, primjenjuje se na zakrivljene optičke površine ili površine sa snagom.To je mjerenje zakrivljenosti na površini optike i razlikuje se od radijusa zakrivljenosti po tome što se odnosi na odstupanje na mikro skali u sfernom obliku leće.npr. uzmite u obzir da je radijus tolerancije zakrivljenosti definiran kao 100 +/-0,1 mm, nakon što se ovaj radijus generira, ispolira i izmjeri, nalazimo da je njegova stvarna zakrivljenost 99,95 mm što spada u specificiranu mehaničku toleranciju.U ovom slučaju znamo da je i žarišna duljina točna jer smo postigli točan sferni oblik.Ali samo zato što su radijus i žarišna duljina ispravni, ne znači da će leća raditi kako je projektirano.Stoga nije dovoljno jednostavno definirati radijus zakrivljenosti, već također i dosljednost zakrivljenosti – a to je upravo ono za što je snaga dizajnirana da kontrolira.Opet koristeći isti gore spomenuti radijus od 99,95 mm, optičar bi mogao dodatno kontrolirati točnost lomljenog svjetla ograničavanjem snage na ≤ 1 λ.To znači da po cijelom promjeru ne može biti većeg odstupanja od 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) u postojanosti sferičnog oblika.Dodavanje ove strože razine kontrole obliku površine pomaže u osiguravanju da se svjetlosne zrake na jednoj strani leće ne lome drugačije od onih na drugoj strani.Budući da cilj može biti postizanje preciznog fokusa sve upadne svjetlosti, što je oblik dosljedniji, to će se svjetlost preciznije ponašati kada prolazi kroz leću.
Optičari specificiraju pogrešku snage u smislu valova ili rubova i mjere je pomoću interferometra.Ispituje se na način sličan ravnosti, na način da se zakrivljena površina uspoređuje s referentnom površinom s visoko kalibriranim polumjerom zakrivljenosti.Koristeći isti princip interferencije uzrokovane zračnim rasporima između dviju površina, interferencijski uzorak rubova koristi se za opisivanje odstupanja ispitne površine od referentne površine (Slika 11).Odstupanje od referentnog komada stvorit će niz prstenova, poznatih kao Newtonovi prstenovi.Što je više prstenova prisutno, to je veće odstupanje.Broj tamnih ili svijetlih prstenova, a ne zbroj svijetlih i tamnih, odgovara dvostrukom broju valova pogreške.
Slika 11: Pogreška snage testirana usporedbom s referentnom površinom ili korištenjem interferometra
Pogreška snage povezana je s pogreškom u radijusu zakrivljenosti sljedećom jednadžbom gdje je ∆R pogreška radijusa, D je promjer leće, R je površinski radijus, a λ je valna duljina (obično 632,8 nm):
Pogreška snage [valovi ili λ] = ∆R D²/8R²λ
Slika 12: Pogreška snage preko promjera u odnosu na pogrešku radijusa u središtu
Nepravilnost
Nepravilnost uzima u obzir male varijacije na optičkoj površini.Kao i snaga, mjeri se valovima ili rubovima i karakterizira pomoću interferometra.Konceptualno, najlakše je zamisliti nepravilnost kao specifikaciju koja definira koliko jednoliko glatka optička površina mora biti.Dok ukupni izmjereni vrhovi i doline na optičkoj površini mogu biti vrlo dosljedni u jednom području, drugi dio optike može pokazivati mnogo veće odstupanje.U tom slučaju, svjetlost koju lomi leća može se ponašati drugačije ovisno o tome gdje se lomi od strane optike.Nepravilnost je stoga važno razmatranje pri dizajniranju leća.Sljedeća slika pokazuje kako se ovo odstupanje oblika površine od savršeno sferne može karakterizirati pomoću specifikacije PV nepravilnosti.
Slika 13: PV mjerenje nepravilnosti
Nepravilnost je vrsta specifikacije točnosti površine koja opisuje kako oblik površine odstupa od oblika referentne površine.Dobiva se istim mjerenjem kao i snaga.Pravilnost se odnosi na sferičnost kružnih rubova koji nastaju usporedbom ispitne površine s referentnom površinom.Kada je snaga površine veća od 5 pruga, teško je otkriti male nepravilnosti manje od 1 pruge.Stoga je uobičajena praksa specificirati površine s omjerom snage i nepravilnosti od približno 5:1.
Slika 14: Ravnost u odnosu na snagu i nepravilnost
RMS stihovi PV snaga i nepravilnost
Kada se raspravlja o snazi i nepravilnosti, važno je razlučiti dvije metode pomoću kojih se oni mogu definirati.Prva je apsolutna vrijednost.Na primjer, ako je optika definirana kao da ima 1 nepravilnost vala, ne može postojati više od 1 razlike vala između najviše i najniže točke na optičkoj površini ili od vrha do doline (PV).Druga metoda je određivanje snage ili nepravilnosti kao 1 val RMS (korijen srednje vrijednosti na kvadrat) ili prosjeka.U ovom tumačenju, optička površina definirana kao 1 val RMS nepravilna može, zapravo, imati vrhove i doline koji su veći od 1 vala, međutim, kada se ispituje puna površina, ukupna prosječna nepravilnost mora pasti unutar 1 vala.
Sve u svemu, RMS i PV su metode za opisivanje koliko dobro oblik objekta odgovara njegovoj projektiranoj zakrivljenosti, koja se naziva "površinska figura" i "površinska hrapavost".Oba se izračunavaju iz istih podataka, kao što je mjerenje interferometra, ali značenja su prilično različita.PV je dobar u davanju "najgoreg scenarija" za površinu;RMS je metoda za opisivanje prosječnog odstupanja figure površine od željene ili referentne površine.RMS je dobar za opisivanje ukupne varijacije površine.Ne postoji jednostavan odnos između PV i RMS.Međutim, kao opće pravilo, RMS vrijednost je približno 0,2 stroga kao neprosječna vrijednost kada se uspoređuje usporedno, tj. 0,1 val nepravilnog PV-a je ekvivalentan približno 0,5 valnom RMS-u.
Završna obrada
Površinska obrada, također poznata kao površinska hrapavost, mjeri male nepravilnosti na površini.Obično su nesretni nusproizvod procesa poliranja i vrste materijala.Čak i ako se optika smatra iznimno glatkom s malim nepravilnostima na površini, pri pregledu izbliza, stvarni mikroskopski pregled može otkriti velike varijacije u teksturi površine.Dobra analogija ovog artefakta je usporedba hrapavosti površine sa zrnom brusnog papira.Dok se najsitnija veličina zrna može činiti glatkom i pravilnom na dodir, površina je zapravo sastavljena od mikroskopskih vrhova i dolina određenih fizičkom veličinom same zrna.U slučaju optike, "zrnatost" se može smatrati mikroskopskim nepravilnostima u teksturi površine uzrokovane kvalitetom poliranja.Hrapave površine obično se troše brže od glatkih površina i možda nisu prikladne za neke primjene, osobito one s laserima ili intenzivnom toplinom, zbog mogućih mjesta nukleacije koja se mogu pojaviti u malim pukotinama ili nesavršenostima.
Za razliku od snage i nepravilnosti, koji se mjere u valovima ili dijelovima vala, površinska hrapavost, zbog svog ekstremnog fokusa izbliza na teksturu površine, mjeri se na skali angstrema i uvijek u terminima RMS.Za usporedbu, potrebno je deset angstrema za jedan nanometar i 632,8 nanometara za jedan val.
Slika 15: RMS mjerenje hrapavosti površine
| Tablica 8: Tolerancije proizvodnje za površinsku obradu | |
| Hrapavost površine (RMS) | Ocjena kvalitete |
| 50Å | Tipično |
| 20Å | Preciznost |
| 5Å | Visoka preciznost |
Prijenosna pogreška valnog fronta
Transmitirana valna fronta (TWE) koristi se za kvalifikaciju performansi optičkih elemenata dok svjetlost prolazi.Za razliku od mjerenja oblika površine, mjerenja emitirane valne fronte uključuju pogreške od prednje i stražnje površine, klina i homogenosti materijala.Ova metrika ukupne izvedbe nudi bolje razumijevanje performansi optike u stvarnom svijetu.
Dok se mnoge optičke komponente testiraju pojedinačno za površinski oblik ili TWE specifikacije, te se komponente neizbježno ugrađuju u složenije optičke sklopove sa vlastitim zahtjevima za performansama.U nekim je primjenama prihvatljivo osloniti se na mjerenja komponenti i toleranciju za predviđanje konačne izvedbe, ali za zahtjevnije primjene važno je izmjeriti sklop onako kako je ugrađen.
TWE mjerenja koriste se za potvrdu da je optički sustav izgrađen prema specifikaciji i da će funkcionirati prema očekivanjima.Dodatno, TWE mjerenja mogu se koristiti za aktivno poravnavanje sustava, smanjujući vrijeme sastavljanja, a istovremeno osiguravajući postizanje očekivanih performansi.
Paralight Optics uključuje najsuvremenije CNC brusilice i strojeve za poliranje, kako za standardne sferne oblike, tako i za asferične i konture slobodnog oblika.Korištenje naprednog mjeriteljstva uključujući Zygo interferometre, profilometre, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, itd. za mjeriteljstvo unutar procesa i konačnu inspekciju, kao i naše dugogodišnje iskustvo u optičkoj izradi i presvlačenju omogućuje nam da se pozabavimo nekim od najsloženijih i optika visokih performansi kako bi zadovoljila tražene optičke specifikacije kupaca.
Za detaljnije specifikacije pogledajte naš katalog optike ili istaknutih proizvoda.
Vrijeme objave: 26. travnja 2023