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光波干涉法与平晶的应用

光波干涉法与平晶的应用

一、光波干涉法





平时观察肥皂泡沫或水面上的油膜时,可看到薄膜表面有许多美丽的彩色条纹。当把光学平晶接触被测平面并形成一个很小的楔角时,也能通过平晶在被测表面与平晶的研合面上看到彩色(或黑白)的条纹,这就是光波干涉现象。光波干涉的原理简单地说,就是当两束光波到达某些点时,若波峰与波峰、波谷与波谷相遇时(见图11),则会因重叠使振幅加强,产生亮带;且当到达另外一些点时,若波峰与波谷相遇(见图12)则会使振幅抵消或减弱,产生暗带。这种明亮、暗淡相见的条纹即是光波干涉带。


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观测干涉带的形状和条数,可检定出被测表面的不平度和两平面间的不平行度。例如,对量块与平板工作面不平度和千分尺两测量面间的不平行度的检定。这种利用光波干涉原理进行测量的方法,称为光波干涉法。

光波干涉法可用平面平晶、平行平晶、等厚平面干涉仪、等倾平面干涉仪和激光平面干涉仪等多种量仪来测量被测平面的不平度和不平行度误差。由于采用平晶法可直接观测,操作简便、测量精确度高且经济可靠,所以被广泛地应用。

二、平晶的种类及其应用

平晶采用光学均匀性好的派利克斯玻璃、水晶玻璃和折光系数为1.516的光学玻璃制成。它的形状为正圆柱体,其中有一个端面或两个端面均为工作面。平晶按其用途可分为平面平晶和平行平晶。

(一)平面平晶

平面平晶的规格如表所列。                 单位:mm

直径

φ60

φ80

φ100

φ150

φ200和φ300

厚度

20

25

25

25

30以上

平面平晶的精度等级分1级和2级两种。

平面平晶分上平晶和下平晶。上平晶只有一个工作面,其上有倾斜10°~ 12°的截平面并有两条相互垂直的刻线。下平晶有一个或两个工作面(这两个工作面间的平行性要求不严格)。

平面平晶可以检查量块及某些量具定位面与测量面的不平度、量块的研合性和用比较法测量量块的中心长度;也可作为标准平面使用。

(二)平行平晶

平行平晶具有两个平行性要求很高的工作面,主要用来测量两内平面间的不平行度。

我国生产的检定千分尺的专用平行平晶的系列,每组的四块平行平晶的尺寸尾数相差0.12~0.13mm,这是考虑千分尺测微螺杆的螺距t=0。5mm,在整圆周角位移转变为直线位移的行程中,将0.5mm均分三段四点检定(即mm),使每一检定位置的相位相差90°。根据检定的千分尺量限,四个系列的平行平晶分别来检定0~2525~5050~7575~100mm四个规格的外径千分尺。

三、平晶的应用

根据等厚干涉原理,在同一条干涉带上,被测表面到平晶表面的距离是相等的,明暗干涉条带的排列形状实际上就是被测表面的等高线图。

若干涉条纹是直的而且间距相等,表明被测表面是平直的,但与平晶表面不平行(见图2),当清除空气楔后,干涉条纹消失,表示平晶工作面紧贴于该表面上。

若干涉条纹是弯曲的,表明被测表面不平,干涉条纹的弯曲程度表示了该表面不平度的大小。判断被测表面是凸形还是凹形的方法是:当接触线在干涉条纹所形成的弯曲弧线里边时,则表明该表面是凸形的(见图3);倘若在外边,则表明该表面为凹形的(见图4)。

若干涉条纹呈椭圆排列,表明被测表面是桶形的。若干涉条纹呈圆形,表明被测表面是球形的。当检测光整的球面时,如在单色光照射下,呈现出的等厚干涉条纹将是一组同心圆环(见图5)。

3中。a表示干涉条纹的宽度,它是两条相同条带中心点所表示的两点之间的高度差,等于所用光束波长的一半。b表示干涉条纹的弯曲量,它是以b相当于干涉条纹宽度a的几分之几或几倍来表示的,通常把干涉条纹的弯曲量称为若干条光干涉带。在白光下(自然光),一条光干涉带约等于0.3微米。

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为了检定被测表面的平面性如何,可通过观测光干涉带的弯曲程度,根据×来确定其数值。图4示例,表明被测表面是凸形的,其不平度的误差大小为:

      h=×=0.5×0.30.15(微米)

既被测表面正赛A——A直线出凸出半条干涉带。

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