Calitatea suprafeței
Calitatea suprafeței unei suprafețe optice descrie aspectul său cosmetic și include defecte precum zgârieturi și gropi sau săpături.În cele mai multe cazuri, aceste defecte de suprafață sunt pur cosmetice și nu afectează semnificativ performanța sistemului, totuși, ele pot provoca o mică pierdere a debitului sistemului și o mică creștere a luminii împrăștiate.Cu toate acestea, anumite suprafețe, totuși, sunt mai sensibile la aceste efecte, cum ar fi: (1) suprafețe la planurile imaginii, deoarece aceste defecte sunt focalizate și (2) suprafețe care văd niveluri de putere ridicate, deoarece aceste defecte pot provoca o absorbție crescută a energiei și daune. optica.Cea mai comună specificație folosită pentru calitatea suprafeței este specificația zgârieturii descrise de MIL-PRF-13830B.Denumirea zgârieturilor este determinată prin compararea zgârieturilor de pe o suprafață cu un set de zgârieturi standard în condiții de iluminare controlată.Prin urmare, denumirea de zgârietură nu descrie zgârietura reală în sine, ci o compară mai degrabă cu o zgârietură standardizată conform MIL-Spec.Cu toate acestea, denumirea săpăturii se referă direct la săpătura sau la mica groapă de la suprafață.Desemnarea săpăturii este calculată la diametrul săpăturii în microni împărțit la 10. Specificațiile de săpătură de 80-50 sunt de obicei considerate calitate standard, calitate de precizie 60-40 și calitate de înaltă precizie 20-10.
| Tabelul 6: Toleranțe de fabricație pentru calitatea suprafeței | |
| Calitatea suprafeței (zgârietură-sapă) | Gradul de calitate |
| 80-50 | Tipic |
| 60-40 | Precizie |
| 40-20 | Precizie ridicata |
Planeitatea suprafeței
Planeitatea suprafeței este un tip de specificație de precizie a suprafeței care măsoară abaterea unei suprafețe plane, cum ar fi cea a unei oglinzi, ferestre, prisme sau lentile plane.Această abatere poate fi măsurată folosind un plat optic, care este o suprafață de referință plană de înaltă calitate, foarte precisă, utilizată pentru a compara planeitatea unei piese de testare.Atunci când suprafața plană a opticii de testare este plasată pe planul optic, apar franjuri a căror formă dictează planeitatea suprafeței opticei supuse inspecției.Dacă franjurile sunt distanțate uniform, drepte și paralele, atunci suprafața optică supusă testului este cel puțin la fel de plată ca și planul optic de referință.Dacă franjurile sunt curbate, numărul de franjuri dintre două linii imaginare, una tangentă la centrul unei franjuri și una prin capetele aceleiași franjuri, indică eroarea de planeitate.Abaterile de planeitate sunt adesea măsurate în valori ale undelor (λ), care sunt multipli ai lungimii de undă a sursei de testare.O franjuri corespunde cu ½ val, adică 1 λ echivalent cu 2 franjuri.
| Tabelul 7: Toleranțe de fabricație pentru planeitate | |
| Planeitatea | Gradul de calitate |
| 1λ | Tipic |
| λ/4 | Precizie |
| λ/10 | Precizie ridicata |
Putere
Puterea este un tip de specificație de precizie a suprafeței, se aplică suprafețelor optice curbate sau suprafețelor cu putere.Este o măsurare a curburii pe suprafața unei optice și diferă de raza de curbură prin faptul că se aplică deviației la scară micro în forma sferică a unei lentile.de exemplu, considerați că toleranța pentru raza de curbură este definită ca 100 +/-0,1 mm, odată ce această rază este generată, lustruită și măsurată, găsim că curbura sa reală este de 99,95 mm, care se încadrează în toleranța mecanică specificată.În acest caz, știm că distanța focală este, de asemenea, corectă, deoarece am obținut forma sferică corectă.Dar doar pentru că raza și distanța focală sunt corecte, nu înseamnă că obiectivul va funcționa așa cum a fost proiectat.Prin urmare, nu este suficient să definiți pur și simplu raza de curbură, ci și consistența curburii - și tocmai asta este proiectată să controleze puterea.Din nou, folosind aceeași rază de 99,95 mm menționată mai sus, un optician poate dori să controleze în continuare precizia luminii refractate prin limitarea puterii la ≤ 1 λ.Aceasta înseamnă că pe întregul diametru, nu poate exista o abatere mai mare de 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) în consistența formei sferice.Adăugarea acestui nivel mai strict de control la forma suprafeței ajută la asigurarea faptului că razele de lumină de pe o parte a lentilei nu se refractă diferit de cele de pe cealaltă parte.Deoarece scopul poate fi acela de a obține o focalizare precisă a tuturor luminii incidente, cu cât forma este mai consistentă, cu atât lumina se va comporta mai precis când trece prin lentilă.
Opticienii specifică eroarea de putere în termeni de unde sau franjuri și o măsoară folosind un interferometru.Este testat într-un mod similar cu planeitatea, prin aceea că o suprafață curbată este comparată cu o suprafață de referință cu o rază de curbură foarte calibrată.Folosind același principiu de interferență cauzat de golurile de aer dintre cele două suprafețe, modelul de franjuri al interferenței este utilizat pentru a descrie abaterea suprafeței de testare de la suprafața de referință (Figura 11).O abatere de la piesa de referință va crea o serie de inele, cunoscute sub numele de Inele lui Newton.Cu cât sunt mai multe inele, cu atât abaterea este mai mare.Numărul de inele întunecate sau luminoase, nu suma luminii și întunericului, corespunde cu dublul numărului de unde de eroare.
Figura 11: Eroare de putere testată prin compararea cu o suprafață de referință sau folosind un interferometru
Eroarea de putere este legată de eroarea razei de curbură prin următoarea ecuație, unde ∆R este eroarea razei, D este diametrul lentilei, R este raza suprafeței și λ este lungimea de undă (de obicei 632,8 nm):
Eroare de putere [unde sau λ] = ∆R D²/8R²λ
Figura 12: Eroare de putere peste diametru vs eroare de rază la centru
Neregularitate
Neregularitatea ia în considerare variațiile la scară mică pe o suprafață optică.La fel ca și puterea, se măsoară în termeni de unde sau franjuri și este caracterizată folosind un interferometru.Din punct de vedere conceptual, este cel mai ușor să ne gândim la neregularitate ca la o specificație care definește cât de uniform trebuie să fie o suprafață optică.În timp ce vârfurile și văile măsurate în ansamblu pe o suprafață optică pot fi foarte consistente într-o zonă, o secțiune diferită a opticii poate prezenta o abatere mult mai mare.Într-un astfel de caz, lumina refractată de lentilă se poate comporta diferit în funcție de locul în care este refractată de optic.Neregularitatea este, prin urmare, un aspect important la proiectarea lentilelor.Figura următoare arată cum această abatere de la forma suprafeței de cea perfect sferică poate fi caracterizată folosind o specificație PV de neregularitate.
Figura 13: Măsurarea neregularității PV
Neregularitatea este un tip de specificație de precizie a suprafeței care descrie modul în care forma unei suprafețe se abate de la forma unei suprafețe de referință.Se obține din aceeași măsurătoare ca și puterea.Regularitatea se referă la sfericitatea franjurilor circulare care se formează din compararea suprafeței de testare cu suprafața de referință.Când puterea unei suprafețe este mai mare de 5 franjuri, este dificil de detectat mici nereguli de mai puțin de 1 franjuri.Prin urmare, este o practică obișnuită să specificați suprafețe cu un raport dintre putere și neregularitate de aproximativ 5:1.
Figura 14: Planeitate vs putere vs neregularitate
RMS Versuri PV Power și Neregularity
Când discutăm despre putere și neregularitate, este important să discerne cele două metode prin care acestea pot fi definite.Prima este o valoare absolută.De exemplu, dacă o optică este definită ca având o neregularitate de undă, nu poate exista mai mult de o diferență de undă între punctul cel mai înalt și cel mai jos de pe suprafața optică sau vârf la vale (PV).A doua metodă este de a specifica puterea sau neregularitatea ca 1 val RMS (rădăcină medie pătrată) sau medie.În această interpretare, o suprafață optică definită ca 1 undă RMS neregulată poate avea, de fapt, vârfuri și văi care depășesc 1 undă, totuși, atunci când se examinează întreaga suprafață, neregularitatea medie generală trebuie să se încadreze în 1 undă.
Per total, RMS și PV sunt ambele metode pentru a descrie cât de bine forma unui obiect se potrivește cu curbura proiectată, numită „figura de suprafață” și, respectiv, „rugozitatea suprafeței”.Ambele sunt calculate din aceleași date, cum ar fi o măsurătoare cu interferometru, dar semnificațiile sunt destul de diferite.PV este bun în a oferi un „scenariu cel mai rău caz” pentru suprafață;RMS este o metodă de descriere a abaterii medii a cifrei suprafeței de la suprafața dorită sau de referință.RMS este bun pentru a descrie variația totală a suprafeței.Nu există o relație simplă între PV și RMS.Totuși, ca regulă generală, o valoare RMS este de aproximativ 0,2 la fel de strictă ca valoarea non-medie atunci când este comparată una lângă alta, adică 0,1 val PV neregulat este echivalent cu aproximativ 0,5 val RMS.
Finisaj de suprafață
Finisajul suprafeței, cunoscut și sub denumirea de rugozitate a suprafeței, măsoară neregularitățile la scară mică de pe o suprafață.Ele sunt de obicei un produs secundar nefericit al procesului de lustruire și al tipului de material.Chiar dacă optica este considerată excepțional de netedă, cu puține neregularități pe suprafață, la o inspecție de aproape, o examinare microscopică reală poate dezvălui o mare variație în textura suprafeței.O analogie bună a acestui artefact este de a compara rugozitatea suprafeței cu granulația de șmirghel.În timp ce cea mai fină dimensiune de granulație se poate simți netedă și obișnuită la atingere, suprafața este de fapt compusă din vârfuri și văi microscopice determinate de dimensiunea fizică a nisipului în sine.În cazul opticii, „granul” poate fi considerat ca neregularități microscopice în textura suprafeței cauzate de calitatea lustruirii.Suprafețele rugoase tind să se uzeze mai repede decât suprafețele netede și pot să nu fie potrivite pentru anumite aplicații, în special cele cu lasere sau căldură intensă, din cauza posibilelor locuri de nucleare care pot apărea în mici fisuri sau imperfecțiuni.
Spre deosebire de puterea și neregularitatea, care sunt măsurate în valuri sau fracțiuni de undă, rugozitatea suprafeței, datorită concentrării extreme de aproape asupra texturii suprafeței, este măsurată pe scara angstromilor și întotdeauna în termeni RMS.Pentru comparație, este nevoie de zece angstromi pentru a egala un nanometru și 632,8 nanometri pentru a egala un val.
Figura 15: Măsurarea rugozității RMS a suprafeței
| Tabelul 8: Toleranțe de fabricație pentru finisarea suprafeței | |
| Rugozitatea suprafeței (RMS) | Gradul de calitate |
| 50Å | Tipic |
| 20Å | Precizie |
| 5Å | Precizie ridicata |
Eroare de front de undă transmisă
Eroarea frontului de undă transmis (TWE) este utilizată pentru a califica performanța elementelor optice pe măsură ce trece lumina.Spre deosebire de măsurătorile formei suprafeței, măsurătorile frontului de undă transmis includ erori de la suprafața frontală și din spate, pană și omogenitatea materialului.Această măsurătoare a performanței generale oferă o mai bună înțelegere a performanței în lumea reală a unei optici.
În timp ce multe componente optice sunt testate individual pentru forma suprafeței sau specificațiile TWE, aceste componente sunt în mod inevitabil încorporate în ansambluri optice mai complexe cu cerințe de performanță proprii.În unele aplicații este acceptabil să se bazeze pe măsurătorile componentelor și pe toleranță pentru a prezice performanța finală, dar pentru aplicații mai solicitante este important să se măsoare ansamblul așa cum a fost construit.
Măsurătorile TWE sunt utilizate pentru a confirma că un sistem optic este construit conform specificațiilor și va funcționa conform așteptărilor.În plus, măsurătorile TWE pot fi utilizate pentru a alinia activ sistemele, scăzând timpul de asamblare, asigurând în același timp obținerea performanței așteptate.
Paralight Optics încorporează polizoare și polizor CNC de ultimă generație, atât pentru forme sferice standard, cât și pentru contururi asferice și libere.Folosirea metrologiei avansate, inclusiv interferometrele Zygo, profilometrele, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric etc. atât pentru metrologia în proces, cât și pentru inspecția finală, precum și anii noștri de experiență în fabricarea optică și acoperirea ne permite să abordăm unele dintre cele mai complexe și optică de înaltă performanță pentru a îndeplini specificațiile optice cerute de la clienți.
Pentru specificații mai detaliate, vă rugăm să consultați catalogul nostru optice sau produsele prezentate.
Ora postării: 26-apr-2023