Jakość powierzchni
Jakość powierzchni powierzchni optycznej opisuje jej wygląd kosmetyczny i obejmuje takie defekty, jak rysy i wgłębienia lub wgłębienia.W większości przypadków te defekty powierzchni są czysto kosmetyczne i nie wpływają znacząco na wydajność systemu, chociaż mogą spowodować niewielką utratę przepustowości systemu i niewielki wzrost rozproszenia światła.Jednak niektóre powierzchnie są bardziej wrażliwe na te efekty, takie jak: (1) powierzchnie na płaszczyznach obrazu, ponieważ te defekty są ostre i (2) powierzchnie, które widzą wysoki poziom mocy, ponieważ te defekty mogą powodować zwiększone pochłanianie energii i uszkodzenia optyka.Najbardziej powszechną specyfikacją używaną do określania jakości powierzchni jest specyfikacja „scratch-dig” opisana w MIL-PRF-13830B.Oznaczenie zarysowania jest określane przez porównanie rys na powierzchni z zestawem standardowych rys w kontrolowanych warunkach oświetleniowych.Dlatego oznaczenie rysy nie opisuje samej rysy, ale porównuje ją ze znormalizowaną rysą zgodnie ze specyfikacją MIL.Oznaczenie wykopu odnosi się jednak bezpośrednio do wykopu lub małego dołu na powierzchni.Oznaczenie wykopu jest obliczane na podstawie średnicy wykopu w mikronach podzielonej przez 10. Specyfikacje kopania zdrapek 80-50 są zwykle uważane za standardową jakość, 60-40 jakość precyzyjną i 20-10 wysoką precyzję.
| Tabela 6: Tolerancje produkcyjne dotyczące jakości powierzchni | |
| Jakość powierzchni (scratch-dig) | Klasa jakości |
| 80-50 | Typowy |
| 60-40 | Precyzja |
| 40-20 | Wysoka precyzja |
Płaskość powierzchni
Płaskość powierzchni to rodzaj specyfikacji dokładności powierzchni, która mierzy odchylenie płaskiej powierzchni, takiej jak lustro, okno, pryzmat lub płaska soczewka.Odchylenie to można zmierzyć za pomocą płaskiej powierzchni optycznej, która jest wysokiej jakości, bardzo precyzyjną płaską powierzchnią odniesienia używaną do porównywania płaskości badanego elementu.Kiedy płaska powierzchnia badanej optyki jest przyłożona do płaskiej powierzchni optycznej, pojawiają się prążki, których kształt określa płaskość powierzchni badanej optyki.Jeśli prążki są równomiernie rozmieszczone, proste i równoległe, to badana powierzchnia optyczna jest co najmniej tak płaska jak optyczna płaska odniesienia.Jeśli prążki są zakrzywione, liczba prążków między dwiema wyimaginowanymi liniami, jedną styczną do środka prążka i jedną przechodzącą przez końce tego samego prążka, wskazuje błąd płaskości.Odchylenia płaskości są często mierzone w wartościach fal (λ), które są wielokrotnościami długości fali źródła testowego.Jeden prążek odpowiada ½ fali, tj. 1 λ odpowiada 2 prążkom.
| Tabela 7: Tolerancje produkcyjne dotyczące płaskości | |
| Płaskość | Klasa jakości |
| 1λ | Typowy |
| λ/4 | Precyzja |
| λ/10 | Wysoka precyzja |
Moc
Moc jest rodzajem specyfikacji dokładności powierzchni, dotyczy zakrzywionych powierzchni optycznych lub powierzchni z mocą.Jest to pomiar krzywizny na powierzchni optyki i różni się od promienia krzywizny tym, że odnosi się do mikroskali odchylenia kulistego kształtu soczewki.na przykład, biorąc pod uwagę, że promień tolerancji krzywizny jest zdefiniowany jako 100 +/-0,1 mm, po wygenerowaniu, wypolerowaniu i zmierzeniu tego promienia stwierdzamy, że jego rzeczywista krzywizna wynosi 99,95 mm, co mieści się w określonej tolerancji mechanicznej.W tym przypadku wiemy, że ogniskowa też jest poprawna, bo uzyskaliśmy prawidłowy kulisty kształt.Ale sam fakt, że promień i ogniskowa są prawidłowe, nie oznacza, że obiektyw będzie działał zgodnie z założeniami.Dlatego nie wystarczy po prostu zdefiniować promień krzywizny, ale także spójność krzywizny – i to właśnie ma kontrolować moc.Ponownie używając tego samego promienia 99,95 mm wspomnianego powyżej, optyk może chcieć dalej kontrolować dokładność załamanego światła poprzez ograniczenie mocy do ≤ 1 λ.Oznacza to, że na całej średnicy nie może wystąpić większe odchylenie niż 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) w konsystencji kulistego kształtu.Dodanie tego bardziej rygorystycznego poziomu kontroli do formy powierzchni pomaga upewnić się, że promienie światła po jednej stronie soczewki nie załamują się inaczej niż te po drugiej stronie.Ponieważ celem może być osiągnięcie precyzyjnego skupienia całego padającego światła, im bardziej spójny kształt, tym dokładniej światło będzie się zachowywać podczas przechodzenia przez soczewkę.
Optycy określają błąd mocy w postaci fal lub prążków i mierzą go za pomocą interferometru.Jest testowany w sposób podobny do płaskości, w którym zakrzywiona powierzchnia jest porównywana z powierzchnią odniesienia o wysoce skalibrowanym promieniu krzywizny.Korzystając z tej samej zasady interferencji spowodowanej szczelinami powietrznymi między dwiema powierzchniami, wzór prążków interferencji jest używany do opisania odchylenia powierzchni testowej od powierzchni odniesienia (Rysunek 11).Odchylenie od elementu referencyjnego stworzy serię pierścieni, znanych jako pierścienie Newtona.Im więcej pierścieni, tym większe odchylenie.Liczba ciemnych lub jasnych pierścieni, a nie suma zarówno jasnych, jak i ciemnych, odpowiada podwójnej liczbie fal błędu.
Rysunek 11: Błąd mocy testowany przez porównanie z powierzchnią odniesienia lub za pomocą interferometru
Błąd mocy jest powiązany z błędem promienia krzywizny za pomocą następującego równania, gdzie ∆R to błąd promienia, D to średnica soczewki, R to promień powierzchni, a λ to długość fali (zwykle 632,8 nm):
Błąd mocy [fale lub λ] = ∆R D²/8R²λ
Rysunek 12: Błąd mocy w stosunku do średnicy i błędu promienia w środku
Nieprawidłowość
Nieregularność uwzględnia zmiany w małej skali na powierzchni optycznej.Podobnie jak moc, jest mierzona w postaci fal lub prążków i charakteryzowana za pomocą interferometru.Pod względem koncepcyjnym najłatwiej jest myśleć o nieregularności jako specyfikacji, która określa, jak jednolicie gładka musi być powierzchnia optyczna.Podczas gdy ogólne zmierzone szczyty i doliny na powierzchni optycznej mogą być bardzo spójne w jednym obszarze, inna sekcja optyki może wykazywać znacznie większe odchylenie.W takim przypadku światło załamane przez soczewkę może zachowywać się inaczej w zależności od tego, gdzie zostanie załamane przez optykę.Nieregularność jest zatem ważnym czynnikiem przy projektowaniu soczewek.Poniższy rysunek pokazuje, w jaki sposób można scharakteryzować to odchylenie kształtu powierzchni od idealnie kulistego za pomocą specyfikacji nieregularności PV.
Rysunek 13: Pomiar nieregularności PV
Nieregularność to rodzaj specyfikacji dokładności powierzchni opisującej, w jaki sposób kształt powierzchni odbiega od kształtu powierzchni odniesienia.Otrzymuje się go z tego samego pomiaru co moc.Regularność odnosi się do sferyczności okrągłych prążków, które powstają w wyniku porównania powierzchni testowej z powierzchnią odniesienia.Kiedy moc powierzchni jest większa niż 5 prążków, trudno jest wykryć małe nieregularności mniejsze niż 1 prążek.Dlatego powszechną praktyką jest określanie powierzchni ze stosunkiem mocy do nieregularności wynoszącym około 5:1.
Rysunek 14: Płaskość a moc a nieregularność
RMS Wersety mocy PV i nieregularności
Omawiając władzę i nieregularność, ważne jest rozróżnienie dwóch metod, za pomocą których można je zdefiniować.Pierwsza to wartość bezwzględna.Na przykład, jeśli optyka jest zdefiniowana jako posiadająca 1 nieregularność fali, różnica między najwyższym a najniższym punktem na powierzchni optycznej lub między szczytem a doliną (PV) nie może być większa niż 1 fala.Druga metoda polega na określeniu mocy lub nieregularności jako 1 fali RMS (średnia kwadratowa) lub średniej.W tej interpretacji powierzchnia optyczna zdefiniowana jako nieregularna RMS 1 fali może w rzeczywistości mieć szczyty i doliny przekraczające 1 falę, jednak przy badaniu całej powierzchni ogólna średnia nieregularność musi mieścić się w granicach 1 fali.
Podsumowując, RMS i PV są metodami opisującymi, jak dobrze kształt obiektu pasuje do jego zaprojektowanej krzywizny, zwanej odpowiednio „figurą powierzchni” i „chropowatością powierzchni”.Oba są obliczane na podstawie tych samych danych, takich jak pomiar interferometru, ale ich znaczenie jest zupełnie inne.PV dobrze podaje „najgorszy scenariusz” dla powierzchni;RMS to metoda opisu średniego odchylenia figury powierzchni od powierzchni pożądanej lub odniesienia.RMS jest dobry do opisywania ogólnej zmienności powierzchni.Nie ma prostego związku między PV a RMS.Jednak ogólnie rzecz biorąc, wartość RMS jest w przybliżeniu równa 0,2 tak rygorystyczna jak wartość nieuśredniona w porównaniu obok siebie, tj. 0,1 fali nieregularnej PV odpowiada około 0,5 fali RMS.
Wykończenie powierzchni
Wykończenie powierzchni, znane również jako chropowatość powierzchni, mierzy drobne nieregularności na powierzchni.Zwykle są niefortunnym produktem ubocznym procesu polerowania i rodzaju materiału.Nawet jeśli optyka zostanie uznana za wyjątkowo gładką z niewielkimi nieregularnościami na powierzchni, przy bliższych oględzinach rzeczywiste badanie mikroskopowe może ujawnić wiele różnic w fakturze powierzchni.Dobrą analogią tego artefaktu jest porównanie chropowatości powierzchni do ziarnistości papieru ściernego.Podczas gdy najdrobniejszy rozmiar ziarna może wydawać się gładki i regularny w dotyku, powierzchnia składa się w rzeczywistości z mikroskopijnych szczytów i dolin określonych przez fizyczny rozmiar samego ziarna.W przypadku optyki „ziarno” można traktować jako mikroskopijne nierówności w fakturze powierzchni spowodowane jakością polerowania.Chropowate powierzchnie mają tendencję do szybszego zużycia niż powierzchnie gładkie i mogą nie nadawać się do niektórych zastosowań, zwłaszcza tych z laserami lub intensywnym ciepłem, ze względu na możliwe miejsca zarodkowania, które mogą pojawiać się w małych pęknięciach lub niedoskonałościach.
W przeciwieństwie do mocy i nieregularności, które są mierzone w falach lub ułamkach fali, chropowatość powierzchni, ze względu na jej ekstremalne zbliżenie na teksturę powierzchni, jest mierzona w skali angstremów i zawsze w kategoriach RMS.Dla porównania, dziesięć angstremów odpowiada jednemu nanometrowi, a 632,8 nanometra odpowiada jednej fali.
Rysunek 15: Pomiar RMS chropowatości powierzchni
| Tabela 8: Tolerancje produkcyjne dla wykończenia powierzchni | |
| Chropowatość powierzchni (RMS) | Klasa jakości |
| 50Å | Typowy |
| 20Å | Precyzja |
| 5Å | Wysoka precyzja |
Przesłany błąd czoła fali
Transmitowany błąd czoła fali (TWE) służy do określania wydajności elementów optycznych podczas przechodzenia światła.W przeciwieństwie do pomiarów kształtu powierzchni, pomiary transmitowanego czoła fali obejmują błędy przedniej i tylnej powierzchni, klina i jednorodności materiału.Ta miara ogólnej wydajności pozwala lepiej zrozumieć rzeczywistą wydajność optyki.
Chociaż wiele komponentów optycznych jest testowanych indywidualnie pod kątem kształtu powierzchni lub specyfikacji TWE, komponenty te są nieuchronnie wbudowane w bardziej złożone zespoły optyczne z własnymi wymaganiami dotyczącymi wydajności.W niektórych zastosowaniach dopuszczalne jest poleganie na pomiarach komponentów i tolerancji w celu przewidzenia ostatecznej wydajności, ale w bardziej wymagających zastosowaniach ważne jest, aby mierzyć zespół po zbudowaniu.
Pomiary TWE służą do potwierdzenia, że system optyczny jest zbudowany zgodnie ze specyfikacją i będzie działał zgodnie z oczekiwaniami.Ponadto pomiary TWE można wykorzystać do aktywnego zestrojenia systemów, skracając czas montażu, zapewniając jednocześnie osiągnięcie oczekiwanej wydajności.
Paralight Optics to najnowocześniejsze szlifierki i polerki CNC, zarówno do standardowych kształtów sferycznych, jak i do konturów asferycznych i dowolnych.Zastosowanie zaawansowanej metrologii, w tym interferometrów Zygo, profilometrów, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric itp. zarówno do metrologii w trakcie procesu, jak i kontroli końcowej, a także nasze wieloletnie doświadczenie w produkcji i powlekaniu elementów optycznych, pozwala nam stawić czoła niektórym z najbardziej złożonych i optyka o wysokiej wydajności, aby spełnić wymagane specyfikacje optyczne od klientów.
Aby uzyskać bardziej szczegółowe specyfikacje, przejrzyj nasz katalog optyki lub polecane produkty.
Czas postu: 26-04-2023