Kvalita povrchu
Kvalita povrchu optického povrchu opisuje jeho kozmetický vzhľad a zahŕňa také chyby, ako sú škrabance a jamky alebo ryhy.Vo väčšine prípadov sú tieto povrchové chyby čisto kozmetické a výrazne neovplyvňujú výkon systému, môžu však spôsobiť malú stratu priepustnosti systému a malý nárast rozptýleného svetla.Niektoré povrchy sú však na tieto efekty citlivejšie, ako napríklad: (1) povrchy v rovinách obrazu, pretože tieto defekty sú zaostrené a (2) povrchy, ktoré vidia vysoké úrovne výkonu, pretože tieto defekty môžu spôsobiť zvýšenú absorpciu energie a poškodenie. optika.Najbežnejšou špecifikáciou používanou pre kvalitu povrchu je špecifikácia škrabania opísaná v MIL-PRF-13830B.Označenie škrabancov sa určuje porovnaním škrabancov na povrchu so súborom štandardných škrabancov za kontrolovaných svetelných podmienok.Preto označenie škrabancov nepopisuje samotný škrabanec, ale porovnáva ho so štandardizovaným škrabancom podľa MIL-Spec.Označenie výkop sa však priamo vzťahuje na výkop alebo malú jamku na povrchu.Označenie výkopu sa vypočíta ako priemer výkopu v mikrónoch vydelený 10. Špecifikácie výkopu 80 – 50 sa zvyčajne považujú za štandardnú kvalitu, presnosť 60 – 40 a kvalitu 20 – 10 s vysokou presnosťou.
| Tabuľka 6: Výrobné tolerancie pre kvalitu povrchu | |
| Kvalita povrchu (škrabanie) | Stupeň kvality |
| 80-50 | Typické |
| 60-40 | Presnosť |
| 40-20 | Vysoká presnosť |
Rovinnosť povrchu
Plochosť povrchu je typ špecifikácie presnosti povrchu, ktorá meria odchýlku plochého povrchu, ako je zrkadlo, okno, hranol alebo plano-šošovka.Táto odchýlka môže byť meraná pomocou optickej roviny, čo je vysoko kvalitný, vysoko presný plochý referenčný povrch používaný na porovnanie rovinnosti testovaného kusu.Keď sa plochý povrch testovacej optiky priloží k optickej ploche, objavia sa pásiky, ktorých tvar určuje rovinnosť povrchu kontrolovanej optiky.Ak sú pásiky rovnomerne rozmiestnené, rovné a rovnobežné, potom je testovaný optický povrch aspoň taký plochý ako referenčný optický plochý.Ak sú okraje zakrivené, počet okrajov medzi dvoma pomyselnými čiarami, jedna dotyčnica k stredu okraja a druhá cez konce toho istého okraja, indikuje chybu rovinnosti.Odchýlky v rovinnosti sa často merajú v hodnotách vĺn (λ), ktoré sú násobkami vlnovej dĺžky testovacieho zdroja.Jeden okraj zodpovedá ½ vlny, tj 1 λ ekvivalentné 2 okrajom.
| Tabuľka 7: Výrobné tolerancie rovinnosti | |
| Plochosť | Stupeň kvality |
| 1A | Typické |
| λ/4 | Presnosť |
| λ/10 | Vysoká presnosť |
Moc
Výkon je typ špecifikácie presnosti povrchu, ktorý sa vzťahuje na zakrivené optické povrchy alebo povrchy s výkonom.Je to meranie zakrivenia na povrchu optiky a líši sa od polomeru zakrivenia tým, že sa vzťahuje na odchýlku v mikromierke v guľovom tvare šošovky.uvažujme napríklad, že polomer tolerancie zakrivenia je definovaný ako 100 +/-0,1 mm, akonáhle je tento polomer vygenerovaný, vyleštený a zmeraný, zistíme, že jeho skutočné zakrivenie je 99,95 mm, čo spadá do špecifikovanej mechanickej tolerancie.V tomto prípade vieme, že ohnisková vzdialenosť je tiež správna, pretože sme dosiahli správny sférický tvar.Ale to, že polomer a ohnisková vzdialenosť sú správne, neznamená, že objektív bude fungovať tak, ako bol navrhnutý.Nestačí teda jednoducho definovať polomer zakrivenia, ale aj konzistenciu zakrivenia – a to je presne to, čo má výkon ovládať.Opäť s použitím rovnakého polomeru 99,95 mm uvedeného vyššie, optik môže chcieť ďalej kontrolovať presnosť lomu svetla obmedzením výkonu na ≤ 1 λ.To znamená, že po celom priemere nemôže byť väčšia odchýlka ako 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) v konzistencii guľového tvaru.Pridanie tejto prísnejšej úrovne kontroly do tvaru povrchu pomáha zabezpečiť, aby sa svetelné lúče na jednej strane šošovky nelámali inak ako na druhej strane.Keďže cieľom môže byť presné zaostrenie všetkého dopadajúceho svetla, čím je tvar konzistentnejší, tým presnejšie sa bude svetlo správať pri prechode cez šošovku.
Optici špecifikujú chybu výkonu pomocou vĺn alebo okrajov a merajú ju pomocou interferometra.Testuje sa podobným spôsobom ako rovinnosť v tom, že zakrivený povrch sa porovnáva s referenčným povrchom s vysoko kalibrovaným polomerom zakrivenia.Použitím rovnakého princípu interferencie spôsobenej vzduchovými medzerami medzi dvoma povrchmi sa interferenčný vzor prúžkov používa na opis odchýlky skúšobného povrchu od referenčného povrchu (obrázok 11).Odchýlka od referenčného kusu vytvorí sériu prsteňov, známych ako Newtonove prstene.Čím viac krúžkov je prítomných, tým väčšia je odchýlka.Počet tmavých alebo svetlých krúžkov, nie súčet svetlých a tmavých, zodpovedá dvojnásobku počtu vĺn chýb.
Obrázok 11: Chyba výkonu testovaná porovnaním s referenčným povrchom alebo použitím interferometra
Výkonová chyba súvisí s chybou v polomere zakrivenia podľa nasledujúcej rovnice, kde ∆R je chyba polomeru, D je priemer šošovky, R je polomer povrchu a λ je vlnová dĺžka (zvyčajne 632,8 nm):
Chyba napájania [vlny alebo λ] = ∆R D²/8R²λ
Obrázok 12: Chyba napájania nad priemerom verzus rádiusová chyba v strede
Nepravidelnosť
Nepravidelnosť zohľadňuje malé odchýlky na optickom povrchu.Rovnako ako výkon sa meria pomocou vĺn alebo okrajov a charakterizuje sa pomocou interferometra.Z koncepčného hľadiska je najjednoduchšie predstaviť si nepravidelnosť ako špecifikáciu, ktorá definuje, ako rovnomerne hladký musí byť optický povrch.Zatiaľ čo celkové namerané vrcholy a priehlbiny na optickom povrchu môžu byť v jednej oblasti veľmi konzistentné, iná časť optiky môže vykazovať oveľa väčšiu odchýlku.V takom prípade sa svetlo lomené šošovkou môže správať odlišne v závislosti od toho, kde sa láme optikou.Nepravidelnosť je preto dôležitým faktorom pri navrhovaní šošoviek.Nasledujúci obrázok ukazuje, ako možno túto odchýlku tvaru povrchu od dokonale guľového povrchu charakterizovať pomocou špecifikácie nepravidelnosti PV.
Obrázok 13: Meranie PV nepravidelnosti
Nepravidelnosť je typ špecifikácie presnosti povrchu, ktorý opisuje, ako sa tvar povrchu odchyľuje od tvaru referenčného povrchu.Získava sa z rovnakého merania ako výkon.Pravidelnosť sa vzťahuje na sférickosť kruhových prúžkov, ktoré sú vytvorené porovnaním skúšobného povrchu s referenčným povrchom.Keď je sila povrchu väčšia ako 5 strapcov, je ťažké odhaliť malé nepravidelnosti menšie ako 1 prúžok.Preto je bežnou praxou špecifikovať povrchy s pomerom sily k nepravidelnosti približne 5:1.
Obrázok 14: Plochosť vs výkon vs nepravidelnosť
RMS verše PV výkon a nepravidelnosť
Pri diskusii o sile a nepravidelnosti je dôležité rozlíšiť dve metódy, ktorými ich možno definovať.Prvým je absolútna hodnota.Napríklad, ak je optika definovaná tak, že má 1 vlnovú nepravidelnosť, nemôže byť viac ako 1 vlnový rozdiel medzi najvyšším a najnižším bodom na optickom povrchu alebo od vrcholu k doline (PV).Druhou metódou je špecifikovať výkon alebo nepravidelnosť ako 1 vlnu RMS (odmocnina na druhú) alebo priemer.V tejto interpretácii môže optický povrch definovaný ako nepravidelná 1 vlna RMS v skutočnosti mať vrcholy a údolia, ktoré presahujú 1 vlnu, avšak pri skúmaní celého povrchu musí celková priemerná nepravidelnosť spadať do 1 vlny.
Celkovo vzaté, RMS a PV sú metódy na opísanie toho, ako dobre sa tvar objektu zhoduje s jeho navrhnutým zakrivením, nazývaným „povrchový obrazec“ a „drsnosť povrchu“.Obidve sú vypočítané z rovnakých údajov, ako napríklad meranie interferometrom, ale významy sú úplne odlišné.PV je dobrá v tom, že poskytuje „scenár najhoršieho prípadu“ pre povrch;RMS je metóda na opis priemernej odchýlky hodnoty povrchu od požadovaného alebo referenčného povrchu.RMS je dobrý na popis celkovej variácie povrchu.Medzi PV a RMS nie je jednoduchý vzťah.Avšak ako všeobecné pravidlo platí, že hodnota RMS je približne 0,2 tak prísna ako nepriemerná hodnota pri porovnaní vedľa seba, tj 0,1 vlny nepravidelnej PV je ekvivalentné približne 0,5 vlny RMS.
Povrchová úprava
Povrchová úprava, tiež známa ako drsnosť povrchu, meria drobné nepravidelnosti na povrchu.Zvyčajne sú nešťastným vedľajším produktom procesu leštenia a typu materiálu.Aj keď je optika považovaná za mimoriadne hladkú s malými nepravidelnosťami na povrchu, pri podrobnej kontrole môže skutočné mikroskopické vyšetrenie odhaliť veľké množstvo variácií v textúre povrchu.Dobrou analógiou tohto artefaktu je porovnanie drsnosti povrchu so zrnitosťou brúsneho papiera.Zatiaľ čo najjemnejšia veľkosť zrna sa môže zdať hladká a pravidelná na dotyk, povrch sa v skutočnosti skladá z mikroskopických vrcholov a prehĺbení určených fyzickou veľkosťou samotného zrna.V prípade optiky si „zrnitosť“ možno predstaviť ako mikroskopické nepravidelnosti v štruktúre povrchu spôsobené kvalitou leštidla.Drsné povrchy majú tendenciu sa opotrebovávať rýchlejšie ako hladké povrchy a nemusia byť vhodné pre niektoré aplikácie, najmä tie s laserom alebo intenzívnym teplom, kvôli možným miestam nukleácie, ktoré sa môžu objaviť v malých prasklinách alebo nedokonalostiach.
Na rozdiel od výkonu a nepravidelnosti, ktoré sa merajú vo vlnách alebo zlomkoch vlny, sa drsnosť povrchu v dôsledku extrémneho detailného zamerania na textúru povrchu meria na stupnici angstromov a vždy v RMS.Pre porovnanie, jeden nanometer potrebuje desať angstromov a na rovnú vlnu 632,8 nanometrov.
Obrázok 15: Meranie RMS drsnosti povrchu
| Tabuľka 8: Výrobné tolerancie pre povrchovú úpravu | |
| Drsnosť povrchu (RMS) | Stupeň kvality |
| 50Å | Typické |
| 20Å | Presnosť |
| 5Å | Vysoká presnosť |
Chyba prenášanej vlny
Prenesená chyba čela vlny (TWE) sa používa na kvalifikáciu výkonu optických prvkov pri prechode svetla.Na rozdiel od meraní tvaru povrchu prenášané merania čela vlny zahŕňajú chyby z predného a zadného povrchu, klin a homogenitu materiálu.Táto metrika celkového výkonu ponúka lepšie pochopenie skutočného výkonu optiky.
Zatiaľ čo mnohé optické komponenty sú testované individuálne na povrchovú formu alebo špecifikácie TWE, tieto komponenty sú nevyhnutne zabudované do zložitejších optických zostáv s vlastnými požiadavkami na výkon.V niektorých aplikáciách je prijateľné spoliehať sa na merania komponentov a tolerancie na predpovedanie konečného výkonu, ale pre náročnejšie aplikácie je dôležité merať zostavu ako postavenú.
Merania TWE sa používajú na potvrdenie, že optický systém je zostavený podľa špecifikácií a bude fungovať podľa očakávania.Okrem toho možno merania TWE použiť na aktívne zosúladenie systémov, čím sa skráti čas montáže a zároveň sa zabezpečí dosiahnutie očakávaného výkonu.
Paralight Optics zahŕňa najmodernejšie CNC brúsky a leštičky, a to ako pre štandardné sférické tvary, tak aj pre asférické a voľne tvarované obrysy.Využitie pokročilej metrológie vrátane interferometrov Zygo, profilometrov, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric atď. pre metrológiu počas procesu a finálnu kontrolu, ako aj naše dlhoročné skúsenosti s výrobou a povrchovou úpravou optiky nám umožňujú riešiť niektoré z najkomplexnejších a vysokovýkonná optika, ktorá spĺňa požadované optické špecifikácie od zákazníkov.
Pre podrobnejšiu špecifikáciu si pozrite náš katalóg optiky alebo odporúčaných produktov.
Čas odoslania: 26. apríla 2023