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CGQ-II车间数字干涉仪的几种特殊检测的应用
发布时间：2017-09-01
1引言
浙江大学自1985年研制出SPG-I型数字波面干涉仪以后,在1989年又相继改型研制出SPG-Ⅰ型数字波面干涉仪和CQG-Ⅰ型数字球面干涉仪,1997年又研制出更小型化的CQG-Ⅱ型数字车间球面干涉仪。它是一台菲索型的立式干涉仪,口径为φ60 mm,平面精度为λ/20,球面精度为λ/10,λ=632・8。经多次改进已销售到全国有关研究所,高等院校和工厂近20台,大多用作平面或球面面形测量,但是,也有一些单位用作特殊测量。本文重点介绍这些特殊应用的情况。
在球面、平面面形测量中,仪器输出峰谷值PV和均方根值RMS的测试结果。为使光学车间在实际生产过程中用样板看光圈(牛顿环或干涉条纹)来判断光学表面面形能与仪器测量结果比对,在仪器输出中特别增加了Em、N、ΔN。
在球面测量时,去除了离焦,没有光圈数N,仅有ΔN;在平面测量时,平面面形精度高,面形特征为波浪形(低频误差),P和V的绝对值的最大值分别位于两个误差的最大点,显然这时也没有光圈数N,仅有ΔN;当平面精度较低,存在球面性误差或像散性误差时,这时同时存在N与ΔN。
2几种特殊检测应用
2.1微型光学件的检测
在干涉仪的主光路加入一个4倍的缩小光学系统,使φ3・1 mm的平面获得4 200个数据点干涉图、3D图和等高图,显然φ1 mm直径零件可以有1750个数据点,测量就可以顺利进行,这样的微型平面在传统的干涉仪中无法观察到干涉条纹。
2.2透射波面畸变的测量
透射窗、石英波片以及光学材料的光学均匀性的测量均需要测量平行平面的透过波面畸变。当用标准平面反射镜在干涉仪上获得高精度面形干涉图时,通常PV≤0・03λ,在平面参考面与平面反射镜之间放入被检平行平面,显然干涉图要变差,这就是平行平面的波面畸变,是由于平行平面两个表面的面形与材料的光学均匀性的综合结果。如果两个表面的面形误差很小,则波面畸变即代表材料的光学均匀性。
当要求透过波面畸变的测量精度很高时,可以将上述干涉腔的测量结果PV≤0・03λ存入计算机,利用波面相减程序将系统误差PV≤0・03λ减去,从而提高了测量精度。
例如,中日合资上海光和玻璃制品有限公司在CQG-Ⅱ干涉仪上利用4倍扩束系统测量φ3・6 mm(通光口径φ3・1)平行平面玻璃的透过波面畸变,工件要求PV≤0・125λ,略去干涉腔的系统误差,测量结果PV在0・05λ~0・125λ之间的工件数约占送检的90%,从而使工厂生产有了可靠的质量保证(QC)。
2.3棱镜的角度及面形测量
棱镜的被检面放在棱镜测环上就可以进行面形检测。反射棱镜中只要可以展开为平行平面的棱镜,角度精度较高时,将棱镜的入射面放在棱镜测环上就可以观察到棱镜角度干涉条纹,条纹数越多则角度误差越大。
等腰直角棱镜的直角面放在棱镜测环上则可以测出两个45°∠A与∠B的相差值δ45°。
用同样的方法处理,也可以测量角锥棱镜二面角误差及回波精度。
2.4非球面检测
二次曲面可以借助标准平面镜或标准球面镜在CQG-II干涉仪上实现零位测量。对于低陡度的非球面可以用非球面特征干涉图(ACI)进行对比测量。笔者曾用这个方法成功地指导一个钢制凹非球面模具的抛修。图1为凹非球面在干涉仪上直接检测的情况。
非球面透镜作为准直镜使用时,可以通过测量透镜的波像差来判断非球面的质量,透镜的大小可以不受限制,透镜的孔径角必须与标准镜头的孔径角匹配。笔者曾用φ36 mm、F6标准镜头测量φ300 mm、F5・9平凸非球面透镜,当平面的平面性加工到PV≤0・04λ时,不用自准反射镜直接测量非球面的误差获得了成功。
2・5衍射光栅的衍射波面检测
检测衍射光栅的一级衍射波面的质量可以评价衍射光栅衍射效率等质量参数。图4是光栅在CQG-Ⅱ干涉仪上的安装调试示意图,θ为一级衍射角。
2・6镜头调制传递函数的检测
2・7金属表面的面形检测
金属表面或镀反射膜表面的反射光很强,不易获得良好的对比度干涉图,既可以用波长片或偏振片来降低反射光的光,同时也可以用参考面加膜的方法来提高反射率,以获得清晰的干涉图而不增加附加的测试误差。
3结论
CQG型车间数字干涉仪通过科研样机鉴定,中间试验与生产科研的实际考核,目前已经比较成熟。除了平面、球面基本测量功能以外,还有上述几种特殊的测量应用,满足了光电信息产业中信息元件检测的需求。
摘自：中国计量测控网
