第3章第2節(jié)平板玻璃平行差測量

1、§3-2平板玻璃平行差測量光學(xué)系統(tǒng)分兩大類（1） 共軸球面系統(tǒng) coaxial spherical system A、球面 B、非球面（2） 平面鏡棱鏡系統(tǒng) plane mirrorprism system 平面反射鏡、平行玻璃板、光楔、 棱鏡：反射棱鏡、 折射棱鏡 §3-2-1平行玻璃板平行差測量（光楔的楔角測量）measurement of different of plane parallel 平行玻璃板主要做：保護(hù)玻璃濾光片、分劃板等 平行差主要由色散給定，有時(shí)也考慮光軸偏（如航測相機(jī)的保護(hù)玻璃和濾光片）CF=(nF-nC) =(n-1) 平行玻璃板性質(zhì)濾光片保護(hù)玻

2、璃高精度31一般精度110分劃板1015表面鍍膜反射鏡1015背面鍍膜反射鏡230光楔性質(zhì)高精度±0.2"±10"中精度±10"±30"一般精度±30"±1"一、 自準(zhǔn)直法事先將工作臺反射面自準(zhǔn)1） 測量原理（1） 當(dāng)平行玻璃板口徑小于測角儀物鏡口徑時(shí)，徑工作臺上平面反射鏡自準(zhǔn)，成象在視場中心光線I經(jīng)平板玻璃上表面反射，方向如光線II，I、II間夾角為2。光線I經(jīng)平板玻璃上表面折射后，又由下表面反射，最后經(jīng)上表面折射，方向?yàn)镮II。當(dāng)I很小時(shí) 由圖知取n=1.5則、間夾角、間

3、夾角、間夾角討論當(dāng)?shù)谝幻娲怪庇诠廨S時(shí)2） 被測件口徑大于測角儀望遠(yuǎn)鏡口徑，只能看到II、III象。2、測量裝置和測量方法1） 裝置 比較測角儀：自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡加測量機(jī)構(gòu) 以杭州產(chǎn)Gxy型光學(xué)比較測角儀為例： 實(shí)際分劃板每小格對應(yīng)物方視場角為30、 讀數(shù)時(shí)取15，故計(jì)算時(shí)2） 測量方法（1） 使承物臺上平面反射鏡垂直于測角儀光軸（自準(zhǔn)）（2） 放上被測件，測出 角，求，（3） 判斷楔角方向在待測檢后表面哈氣變模糊的象為后表面的反射像,該象所在的那端為厚端3） 誤差分析（1） 測平行玻璃板平行差精度（以測量最小平行差min表示）受人眼鑒別角和儀器鑒別率限制一般取=，（）儀器鑒別率應(yīng)與人眼鑒別角相匹配

4、A B （2） 測光楔精度與自準(zhǔn)直平行光管對準(zhǔn)精度有關(guān)，如采自準(zhǔn)直測微平行光管（最小格直為0.1"和0.2"）e 例：設(shè)（注：由兩項(xiàng)構(gòu)成A分劃板刻度誤差B對準(zhǔn)誤差：設(shè)則）二、 干涉法 The interference-method1、 干涉的概念1） 相干光（1） 頻率相同 （2）位相差恒定 （3）光矢量振動方向相同（4）光程差小于波列長度 因此，必須用單色光源，使同一光源發(fā)出的光束分成兩束，且光程差不能太大。鈉光，激光幾十米）2） 平板干涉h,又考慮半波損失i不變h變等厚干涉，I變h不變等傾干涉2、 等厚干涉法1)菲索干涉儀原理當(dāng)i=0時(shí) 暗令m=m2-m1誤差分析0.2

5、如用測微目鏡測條紋還可更小0.050.1mm若m能測最小角度例：比值準(zhǔn)直方法好可見取決于零件尺寸即受b的限制不受人眼鑒別率限制m<1（即）時(shí)無法測根據(jù)瑞利極限要求表面制造誤差小于最大可測角，厚度按判定：使局部加熱條紋彎曲凸向薄端測平面面形光程差變化，看條紋的彎曲和不規(guī)則判斷面形誤差，減小空氣層厚度看條紋移動判斷凸凹性質(zhì)。精度分析：1、 標(biāo)準(zhǔn)平面的誤差口徑大于200mm時(shí)加工和檢驗(yàn)困難，精度大于二十分之一波長用液面作基準(zhǔn)面地球半徑6400KM液面口徑500mm時(shí)液面平面度誤差為百分之一波長2、 準(zhǔn)直物鏡的像差出射光不是平行光以角象差表示形成干涉條紋的光程差附加了一個(gè)的光程差，若精度要求，求

6、得設(shè)計(jì)這樣的物鏡不難。()3、 條紋的判讀引起的誤差或總的測量標(biāo)準(zhǔn)偏差測量曲率半徑測出b范圍內(nèi)干涉條紋數(shù)m , 若得最小半徑為41m，以代入得最大可測半徑4167m誤差分析 主要取決于約為1%10%菲索球面干涉儀2）泰曼干涉儀原理光束經(jīng)平板偏轉(zhuǎn)由反射鏡反射又經(jīng)過平板偏轉(zhuǎn)則誤差分析厚端判斷：調(diào)節(jié)參考反射鏡向縮短光程方向移動條紋移動的方向是薄端當(dāng)時(shí)看不到干涉條紋調(diào)節(jié)反射鏡旋轉(zhuǎn)則在被測平板區(qū)域看不到干涉條紋而在其外部有干涉條紋代入公式可得 D反射鏡口徑檢驗(yàn)面形偏差將被測工件代替7根據(jù)干涉條紋可判斷面形誤差例：用氦氖激光器作光源在泰曼干涉儀上檢驗(yàn)直徑D=100mm,折射率n=1.5147,的平板玻璃得

7、到如圖干涉圖若干涉圖干涉條紋及計(jì)數(shù)誤差為m=16,求1）平板玻璃的平性差及測量誤差2)當(dāng)移動長靠近使參考臂縮短引起條紋向右移動問如圖圓圈部分為薄端還是厚段解： 較薄3、 等傾干涉法1） 測量原理當(dāng)干涉處尺寸很小則h很小可忽略I變化起主要作用上升為主要矛盾又 此為等傾干涉的前提及保證干涉場內(nèi)有厚度引起的光程差小于四分之一波長（瑞利極限）從而限定了照明區(qū)域的寬度如圖光闌b限定了照明區(qū)域的寬度以保證上述要求轉(zhuǎn)動被測平行玻璃板至某一位置，當(dāng)平移平行玻璃板時(shí)條紋向外擴(kuò)展（或向里收縮），而沿垂直此方向平移時(shí)，條紋無變化。條紋向外擴(kuò)展，說明由薄變厚，條紋向里收縮，說明由厚變薄中心條紋級數(shù)最高（光程差最大），

8、擴(kuò)展時(shí)，中心不斷出現(xiàn)新條紋，每出現(xiàn)一個(gè)新條紋，說明光程痙變化一個(gè)波長，收縮時(shí)，中心條紋不斷消失，每消失一個(gè)條紋，說明光程差也變化一個(gè)波長。設(shè)出現(xiàn)或消失的中心條紋為m，則3） 可測的min如不出現(xiàn)或消失新條紋，只是條紋的半徑變化，說明由厚度變化引起的的光程差變化小于一個(gè)波長條紋對應(yīng)的角度近似為，設(shè)視場內(nèi)條紋對應(yīng)半徑為r則設(shè)但平移平行玻璃板時(shí)厚度變化條紋半徑則將、展成級數(shù)并略去二次以上項(xiàng)得得所以由折射定律又知代入得測的R2，R1可求得的測量比等厚干涉小，因?yàn)榈葍A干涉只照明零件的一小部分，不受儀器口徑限制只要零件尺寸足夠大可測小角度，且厚度差引起的光程差小于一個(gè)波長也可以測。4、 激光點(diǎn)光源干涉法n

9、D+dnDnD+dSDDdnD+2dnDnD+dSDDd原理2DSd , , , , 條紋中心對應(yīng)的方向?yàn)楹蠖?#167;3-2-2棱鏡光學(xué)平行差測量一、 反射棱鏡的一些定義1、 光軸（optical axis）:the part of optical systems optical axis光學(xué)系統(tǒng)光軸通過反射棱鏡的部分pass reflex prism2、 光軸載面（optical axis section）:the section is decided by optical axis of reflex prism反射棱鏡光軸所決定的平面1） 入射光軸截面：由棱鏡光軸上最初入射的兩根折線

10、所決定的平面2） 出射光軸截面：由棱鏡光軸上最后出射的兩根折線所決定的平面3、 光軸長度：反射棱鏡光軸的幾何 度The length of optical axis:the geometrical length of optical axis of reflex prism.4、 光學(xué)不平行度（optical parallel difference）反射棱鏡展成平行玻璃板法、這一平板的平行差。對使用時(shí)光軸垂直在入射面入射棱鏡，也就是光線反射棱鏡的入射面垂直入射，光線在出射前對出射面法線的偏角。1） 第一光學(xué)不平行度I ：在入射光軸截面方向的光學(xué)不平行度分量。2） 第二光不平行度II：在垂直入射

11、光軸截面方向的光學(xué)不平行度分量。5、 棱差（edge difference）1) A棱差rA: 某一工作面（除屋脊面）和基準(zhǔn)棱的夾角，即工作面法線偏離光軸截面的角度。2) C棱差rC：屋脊棱鏡屋脊棱偏離光軸截面的角度。原定義：A棱差：具有三個(gè)工作面的棱鏡，某一指定棱與該棱所對的工作面間夾角。B棱差：具有四個(gè)工作面的棱鏡，其指定的兩個(gè)棱在通過兩個(gè)棱的標(biāo)準(zhǔn)位置的平面上相對的編轉(zhuǎn)角。C棱差：屋脊棱鏡的屋脊棱在通過標(biāo)準(zhǔn)位置并垂直 于屋脊角平分面的平面朵相對于標(biāo)準(zhǔn)位置的偏轉(zhuǎn)角?；鶞?zhǔn)棱的選定原則：以入射面和出射面交棱為基準(zhǔn)棱。對于出入射面平行式重合的棱鏡，取入射面和第一個(gè)反射面交棱交基準(zhǔn)棱工作面=反射面+

12、折射面（出入射面）6、 光學(xué)平行度和幾何形狀誤差關(guān)系1） I與光軸截面內(nèi)角度誤差關(guān)系，展成平行玻璃板，求其平行差CBA2） 棱差與II關(guān)系DI-900 DIIIJ-00DIIJ-450 二、 反射棱鏡光學(xué)平行差的測量在比較測角儀上測量1、 直角棱鏡DI90°a12na2a2 2、 直角棱鏡DII180°a1IIIV1)IV先消失V后消失IVIIIIIVI2)V先消失IV后消失VIIIIIVIIVIV 3、 斯未特屋脊棱鏡DIII45°a2a1as §5-2 光軸截面內(nèi)角度誤差的測量1、 比較法用一塊標(biāo)準(zhǔn)角度棱鏡與被測棱鏡角度比角a2、 自準(zhǔn)法C1） 直角

13、棱鏡AaI2BAAI1BCIIIVA(1)先測900 DB（2） 測 ，A（3）C下偏為正DB2） 斜方棱鏡XII00C3、 在精密測角儀上測量1） 精密測角儀動作組合（1） 工作臺和度盤不動，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動（2） 轉(zhuǎn)臂不動，工作臺和度盤轉(zhuǎn)動（3） 轉(zhuǎn)臂和工作臺不動，度盤轉(zhuǎn)動（4） 工作臺、度盤、轉(zhuǎn)臂一起轉(zhuǎn)動（5） 工作臺單獨(dú)轉(zhuǎn)動2） 測量前儀器調(diào)整（1） 儀器調(diào)水平（2） 前置鏡和平行光管軸垂直轉(zhuǎn)軸（平行前置鏡光軸）3） 測量使被測角的棱垂直前置鏡及平行光管光軸（靠工作臺上三個(gè)調(diào)整螺釘實(shí)現(xiàn)）方法有四：（1） 工作臺、度盤不動、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臂測得（2） 轉(zhuǎn)臂不動，度盤和工作臺一起轉(zhuǎn)動，測得B(C)（3） 平行光管和前置