Chất lượng bề mặt
Chất lượng bề mặt của bề mặt quang học mô tả vẻ ngoài thẩm mỹ của nó và bao gồm các khuyết tật như vết trầy xước và vết rỗ hoặc vết hằn.Trong hầu hết các trường hợp, những khiếm khuyết bề mặt này hoàn toàn là do mỹ phẩm và không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống, tuy nhiên, chúng có thể gây ra một tổn thất nhỏ về thông lượng hệ thống và tăng một chút ánh sáng tán xạ.Tuy nhiên, một số bề mặt nhạy cảm hơn với các hiệu ứng này, chẳng hạn như: (1) bề mặt tại các mặt phẳng hình ảnh vì các khuyết tật này nằm trong tiêu cự và (2) các bề mặt nhìn thấy mức năng lượng cao vì các khuyết tật này có thể gây ra sự hấp thụ năng lượng và thiệt hại cao hơn cái quang.Thông số kỹ thuật phổ biến nhất được sử dụng cho chất lượng bề mặt là thông số kỹ thuật cào được mô tả bởi MIL-PRF-13830B.Chỉ định vết xước được xác định bằng cách so sánh các vết xước trên bề mặt với một tập hợp các vết xước tiêu chuẩn trong điều kiện ánh sáng được kiểm soát.Do đó, ký hiệu vết xước không mô tả chính vết xước thực tế mà so sánh nó với vết xước tiêu chuẩn theo MIL-Spec.Tuy nhiên, tên gọi của hố đào có liên quan trực tiếp đến hố đào hoặc hố nhỏ trên bề mặt.Chỉ định đào được tính bằng đường kính của đào tính bằng micron chia cho 10. Thông số kỹ thuật cào-đào 80-50 thường được coi là chất lượng tiêu chuẩn, chất lượng chính xác 60-40 và chất lượng chính xác cao 20-10.
| Bảng 6: Dung sai sản xuất đối với chất lượng bề mặt | |
| Chất lượng bề mặt (đầu-đào) | Lớp chất lượng |
| 80-50 | Đặc trưng |
| 60-40 | Độ chính xác |
| 40-20 | Độ chính xác cao |
độ phẳng bề mặt
Độ phẳng bề mặt là một loại thông số kỹ thuật về độ chính xác của bề mặt để đo độ lệch của một bề mặt phẳng như gương, cửa sổ, lăng kính hoặc thấu kính phẳng.Độ lệch này có thể được đo bằng cách sử dụng một mặt phẳng quang học, là bề mặt tham chiếu phẳng chất lượng cao, có độ chính xác cao được sử dụng để so sánh độ phẳng của mẫu thử.Khi bề mặt phẳng của quang học thử nghiệm được đặt trên mặt phẳng quang học, các vân xuất hiện có hình dạng cho biết độ phẳng bề mặt của quang học được kiểm tra.Nếu các vân cách đều nhau, thẳng và song song thì bề mặt quang học được kiểm tra ít nhất phải phẳng bằng phẳng quang học tham chiếu.Nếu các vân bị cong, số lượng vân giữa hai đường tưởng tượng, một tiếp tuyến với tâm của một vân và một tiếp tuyến qua các đầu của cùng một vân, cho biết lỗi độ phẳng.Độ lệch về độ phẳng thường được đo bằng các giá trị của sóng (λ), là bội số của bước sóng của nguồn thử nghiệm.Một vân tương ứng với ½ sóng, nghĩa là 1 λ tương đương với 2 vân.
| Bảng 7: Dung sai sản xuất cho độ phẳng | |
| độ phẳng | Lớp chất lượng |
| 1λ | Đặc trưng |
| λ/4 | Độ chính xác |
| λ/10 | Độ chính xác cao |
Quyền lực
Công suất là một loại thông số kỹ thuật về độ chính xác bề mặt, áp dụng cho các bề mặt quang cong, hoặc bề mặt có công suất.Nó là phép đo độ cong trên bề mặt của quang học và khác với bán kính cong ở chỗ nó áp dụng cho độ lệch ở quy mô vi mô trong hình cầu của thấu kính.ví dụ: coi bán kính của dung sai độ cong được xác định là 100 +/- 0,1mm, sau khi bán kính này được tạo, đánh bóng và đo, chúng tôi thấy độ cong thực tế của nó là 99,95mm nằm trong dung sai cơ học đã chỉ định.Trong trường hợp này, chúng tôi biết rằng độ dài tiêu cự cũng chính xác vì chúng tôi đã đạt được hình cầu chính xác.Nhưng chỉ vì bán kính và độ dài tiêu cự là chính xác, không có nghĩa là ống kính sẽ hoạt động như thiết kế.Do đó, việc xác định đơn giản bán kính cong là không đủ mà còn phải xác định tính nhất quán của độ cong – và đây chính xác là điều mà sức mạnh được thiết kế để kiểm soát.Một lần nữa sử dụng cùng bán kính 99,95mm đã đề cập ở trên, bác sĩ nhãn khoa có thể muốn kiểm soát thêm độ chính xác của ánh sáng khúc xạ bằng cách giới hạn công suất ở mức ≤ 1 λ.Điều này có nghĩa là trên toàn bộ đường kính, không thể có độ lệch lớn hơn 632,8nm (1λ = 632,8nm) trong tính nhất quán của hình cầu.Việc thêm mức độ kiểm soát nghiêm ngặt hơn này vào dạng bề mặt sẽ giúp đảm bảo rằng các tia sáng ở một bên của thấu kính không khúc xạ khác với các tia sáng ở bên kia.Vì mục tiêu có thể là đạt được tiêu điểm chính xác của tất cả ánh sáng tới, nên hình dạng càng nhất quán, ánh sáng sẽ hành xử chính xác hơn khi đi qua thấu kính.
Các chuyên gia nhãn khoa chỉ định lỗi công suất dưới dạng sóng hoặc vân và đo nó bằng giao thoa kế.Nó được kiểm tra theo kiểu tương tự như độ phẳng, trong đó bề mặt cong được so sánh với bề mặt tham chiếu có bán kính cong được hiệu chỉnh cao.Sử dụng cùng một nguyên lý giao thoa gây ra bởi các khe hở không khí giữa hai bề mặt, dạng vân của giao thoa được sử dụng để mô tả độ lệch của bề mặt thử nghiệm so với bề mặt tham chiếu (Hình 11).Một sai lệch so với mảnh tham chiếu sẽ tạo ra một loạt các vòng, được gọi là Vòng Newton.Càng nhiều vòng hiện diện, độ lệch càng lớn.Số lượng các vòng tối hoặc sáng, không phải là tổng của cả sáng và tối, tương ứng với hai lần số sóng sai số.
Hình 11: Kiểm tra lỗi nguồn điện bằng cách so sánh với bề mặt tham chiếu hoặc sử dụng giao thoa kế
Sai số công suất liên quan đến sai số trong bán kính cong theo phương trình sau trong đó ∆R là sai số bán kính, D là đường kính thấu kính, R là bán kính bề mặt và λ là bước sóng (thường là 632,8nm):
Lỗi nguồn [sóng hoặc λ] = ∆R D²/8R²λ
Hình 12: Lỗi Power trên Diamater vs Lỗi Radius tại Trung tâm
bất thường
Tính không đều có tính đến các biến thể tỷ lệ nhỏ trên bề mặt quang học.Giống như năng lượng, nó được đo dưới dạng sóng hoặc vân và được đặc trưng bằng giao thoa kế.Về mặt khái niệm, dễ dàng nhất để nghĩ về sự không đều như một thông số kỹ thuật xác định bề mặt quang học phải nhẵn đồng đều như thế nào.Trong khi các đỉnh và đáy được đo tổng thể trên một bề mặt quang học có thể rất nhất quán ở một khu vực, thì một phần khác của quang học có thể biểu hiện độ lệch lớn hơn nhiều.Trong trường hợp như vậy, ánh sáng khúc xạ bởi thấu kính có thể hoạt động khác nhau tùy thuộc vào vị trí nó bị khúc xạ bởi quang học.Do đó, tính không đều là một cân nhắc quan trọng khi thiết kế thấu kính.Hình dưới đây cho thấy độ lệch của dạng bề mặt này so với dạng hình cầu hoàn hảo có thể được đặc trưng như thế nào bằng cách sử dụng thông số kỹ thuật PV không đều.
Hình 13: Phép đo PV bất thường
Tính không đều là một loại đặc tả độ chính xác của bề mặt mô tả cách hình dạng của bề mặt lệch khỏi hình dạng của bề mặt tham chiếu.Nó thu được từ phép đo tương tự như sức mạnh.Tính đều đặn đề cập đến tính hình cầu của các vân tròn được hình thành từ việc so sánh bề mặt thử nghiệm với bề mặt tham chiếu.Khi sức mạnh của một bề mặt lớn hơn 5 vân, rất khó để phát hiện ra những bất thường nhỏ dưới 1 vân.Do đó, thực tế phổ biến là chỉ định các bề mặt có tỷ lệ công suất trên độ bất thường xấp xỉ 5:1.
Hình 14: Độ phẳng so với Sức mạnh so với Tính bất thường
Câu RMS PV Power và Irregularity
Khi thảo luận về quyền lực và tính bất thường, điều quan trọng là phải phân biệt hai phương pháp mà chúng có thể được xác định.Đầu tiên là một giá trị tuyệt đối.Ví dụ: nếu một quang học được định nghĩa là có 1 sóng không đều, thì không thể có nhiều hơn 1 sóng chênh lệch giữa điểm cao nhất và thấp nhất trên bề mặt quang học hoặc từ đỉnh đến thung lũng (PV).Phương pháp thứ hai là chỉ định công suất hoặc độ không đều là RMS 1 sóng (bình phương trung bình gốc) hoặc trung bình.Theo cách hiểu này, trên thực tế, một bề mặt quang học được xác định là không đều RMS 1 sóng có thể có các đỉnh và đáy vượt quá 1 sóng, tuy nhiên, khi kiểm tra toàn bộ bề mặt, độ không đều trung bình tổng thể phải nằm trong phạm vi 1 sóng.
Nhìn chung, RMS và PV đều là các phương pháp mô tả mức độ phù hợp của hình dạng của vật thể với độ cong thiết kế của nó, được gọi là "hình bề mặt" và "độ nhám bề mặt" tương ứng.Cả hai đều được tính toán từ cùng một dữ liệu, chẳng hạn như phép đo giao thoa kế, nhưng ý nghĩa hoàn toàn khác nhau.PV rất giỏi trong việc đưa ra “kịch bản xấu nhất” cho bề mặt;RMS là phương pháp mô tả độ lệch trung bình của hình bề mặt so với bề mặt mong muốn hoặc bề mặt tham chiếu.RMS là tốt để mô tả sự thay đổi bề mặt tổng thể.Không có mối quan hệ đơn giản giữa PV và RMS.Tuy nhiên, theo quy tắc chung, giá trị RMS nghiêm ngặt xấp xỉ 0,2 so với giá trị không trung bình khi so sánh cạnh nhau, tức là 0,1 sóng PV không đều tương đương với RMS xấp xỉ 0,5 sóng.
Bề mặt hoàn thiện
Bề mặt hoàn thiện, còn được gọi là độ nhám bề mặt, đo lường các bất thường quy mô nhỏ trên bề mặt.Chúng thường là sản phẩm phụ đáng tiếc của quá trình đánh bóng và loại vật liệu.Ngay cả khi quang học được coi là đặc biệt nhẵn với ít vết lồi lõm trên bề mặt, thì khi kiểm tra cận cảnh, kiểm tra bằng kính hiển vi thực tế có thể cho thấy rất nhiều thay đổi trong kết cấu bề mặt.Một sự tương tự tốt của hiện vật này là so sánh độ nhám bề mặt với giấy nhám.Mặc dù kích thước hạt mịn nhất có thể cảm thấy mịn và đều đặn khi chạm vào, nhưng bề mặt thực sự bao gồm các đỉnh và rãnh siêu nhỏ được xác định bởi kích thước vật lý của chính hạt cát.Trong trường hợp quang học, “sạn” có thể được coi là những bất thường cực nhỏ trong kết cấu bề mặt do chất lượng của chất đánh bóng gây ra.Bề mặt gồ ghề có xu hướng mài mòn nhanh hơn bề mặt nhẵn và có thể không phù hợp với một số ứng dụng, đặc biệt là những ứng dụng có tia laser hoặc nhiệt độ cao, do các vị trí tạo mầm có thể xuất hiện trong các vết nứt nhỏ hoặc không hoàn hảo.
Không giống như cường độ và độ không đều, được đo bằng sóng hoặc phân số của sóng, độ nhám bề mặt, do tập trung cực kỳ cận cảnh vào kết cấu bề mặt, được đo theo thang angstrom và luôn theo RMS.Để so sánh, phải mất mười angstrom mới bằng một nanomet và 632,8 nanomet để bằng một sóng.
Hình 15: Phép đo RMS độ nhám bề mặt
| Bảng 8: Dung sai sản xuất cho Bề mặt Hoàn thiện | |
| Độ nhám bề mặt (RMS) | Lớp chất lượng |
| 50Å | Đặc trưng |
| 20Å | Độ chính xác |
| 5Å | Độ chính xác cao |
Lỗi đầu sóng đã truyền
Lỗi mặt sóng truyền qua (TWE) được sử dụng để đánh giá hiệu suất của các phần tử quang học khi ánh sáng truyền qua.Không giống như phép đo dạng bề mặt, phép đo mặt sóng truyền qua bao gồm sai số từ bề mặt trước và sau, nêm và tính đồng nhất của vật liệu.Số liệu về hiệu suất tổng thể này giúp hiểu rõ hơn về hiệu suất trong thế giới thực của quang học.
Mặc dù nhiều thành phần quang học được kiểm tra riêng lẻ về dạng bề mặt hoặc thông số kỹ thuật TWE, nhưng các thành phần này chắc chắn được tích hợp vào các tổ hợp quang học phức tạp hơn với các yêu cầu về hiệu suất của riêng chúng.Trong một số ứng dụng, có thể chấp nhận dựa vào các phép đo thành phần và dung sai để dự đoán hiệu suất cuối cùng, nhưng đối với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe hơn, điều quan trọng là phải đo lắp ráp khi được chế tạo.
Các phép đo TWE được sử dụng để xác nhận một hệ thống quang học được chế tạo theo thông số kỹ thuật và sẽ hoạt động như mong đợi.Ngoài ra, các phép đo TWE có thể được sử dụng để chủ động căn chỉnh hệ thống, giảm thời gian lắp ráp, đồng thời đảm bảo đạt được hiệu suất mong đợi.
Paralight Optics kết hợp máy mài và máy đánh bóng CNC tiên tiến nhất, cho cả hình cầu tiêu chuẩn, cũng như hình cầu và đường viền dạng tự do.Việc sử dụng công nghệ đo lường tiên tiến bao gồm giao thoa kế Zygo, máy đo cấu hình, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, v.v. cho cả đo lường trong quá trình và kiểm tra lần cuối, cũng như kinh nghiệm nhiều năm trong chế tạo và phủ quang học cho phép chúng tôi giải quyết một số vấn đề phức tạp nhất và quang học hiệu suất cao để đáp ứng các đặc điểm kỹ thuật quang học cần thiết từ khách hàng.
Để biết thêm thông số kỹ thuật chuyên sâu, vui lòng xem danh mục quang học hoặc các sản phẩm nổi bật của chúng tôi.
Thời gian đăng: 26-04-2023