第3章第2节平板玻璃平行差测量

1、§3-2平板玻璃平行差测量光学系统分两大类（1） 共轴球面系统 coaxial spherical system A、球面 B、非球面（2） 平面镜棱镜系统 plane mirrorprism system 平面反射镜、平行玻璃板、光楔、 棱镜：反射棱镜、 折射棱镜 §3-2-1平行玻璃板平行差测量（光楔的楔角测量）measurement of different of plane parallel 平行玻璃板主要做：保护玻璃滤光片、分划板等 平行差主要由色散给定，有时也考虑光轴偏（如航测相机的保护玻璃和滤光片）CF=(nF-nC) =(n-1) 平行玻璃板性质滤光片保护玻

2、璃高精度31一般精度110分划板1015表面镀膜反射镜1015背面镀膜反射镜230光楔性质高精度±0.2"±10"中精度±10"±30"一般精度±30"±1"一、 自准直法事先将工作台反射面自准1） 测量原理（1） 当平行玻璃板口径小于测角仪物镜口径时，径工作台上平面反射镜自准，成象在视场中心光线I经平板玻璃上表面反射，方向如光线II，I、II间夹角为2。光线I经平板玻璃上表面折射后，又由下表面反射，最后经上表面折射，方向为III。当I很小时 由图知取n=1.5则、间夹角、间

3、夹角、间夹角讨论当第一面垂直于光轴时2） 被测件口径大于测角仪望远镜口径，只能看到II、III象。2、测量装置和测量方法1） 装置 比较测角仪：自准直望远镜加测量机构 以杭州产Gxy型光学比较测角仪为例： 实际分划板每小格对应物方视场角为30、 读数时取15，故计算时2） 测量方法（1） 使承物台上平面反射镜垂直于测角仪光轴（自准）（2） 放上被测件，测出 角，求，（3） 判断楔角方向在待测检后表面哈气变模糊的象为后表面的反射像,该象所在的那端为厚端3） 误差分析（1） 测平行玻璃板平行差精度（以测量最小平行差min表示）受人眼鉴别角和仪器鉴别率限制一般取=，（）仪器鉴别率应与人眼鉴别角相匹配

4、A B （2） 测光楔精度与自准直平行光管对准精度有关，如采自准直测微平行光管（最小格直为0.1"和0.2"）e 例：设（注：由两项构成A分划板刻度误差B对准误差：设则）二、 干涉法 The interference-method1、 干涉的概念1） 相干光（1） 频率相同 （2）位相差恒定 （3）光矢量振动方向相同（4）光程差小于波列长度 因此，必须用单色光源，使同一光源发出的光束分成两束，且光程差不能太大。钠光，激光几十米）2） 平板干涉h,又考虑半波损失i不变h变等厚干涉，I变h不变等倾干涉2、 等厚干涉法1)菲索干涉仪原理当i=0时 暗令m=m2-m1误差分析0.2

5、如用测微目镜测条纹还可更小0.050.1mm若m能测最小角度例：比值准直方法好可见取决于零件尺寸即受b的限制不受人眼鉴别率限制m<1（即）时无法测根据瑞利极限要求表面制造误差小于最大可测角，厚度按判定：使局部加热条纹弯曲凸向薄端测平面面形光程差变化，看条纹的弯曲和不规则判断面形误差，减小空气层厚度看条纹移动判断凸凹性质。精度分析：1、 标准平面的误差口径大于200mm时加工和检验困难，精度大于二十分之一波长用液面作基准面地球半径6400KM液面口径500mm时液面平面度误差为百分之一波长2、 准直物镜的像差出射光不是平行光以角象差表示形成干涉条纹的光程差附加了一个的光程差，若精度要求，求

6、得设计这样的物镜不难。()3、 条纹的判读引起的误差或总的测量标准偏差测量曲率半径测出b范围内干涉条纹数m , 若得最小半径为41m，以代入得最大可测半径4167m误差分析 主要取决于约为1%10%菲索球面干涉仪2）泰曼干涉仪原理光束经平板偏转由反射镜反射又经过平板偏转则误差分析厚端判断：调节参考反射镜向缩短光程方向移动条纹移动的方向是薄端当时看不到干涉条纹调节反射镜旋转则在被测平板区域看不到干涉条纹而在其外部有干涉条纹代入公式可得 D反射镜口径检验面形偏差将被测工件代替7根据干涉条纹可判断面形误差例：用氦氖激光器作光源在泰曼干涉仪上检验直径D=100mm,折射率n=1.5147,的平板玻璃得

7、到如图干涉图若干涉图干涉条纹及计数误差为m=16,求1）平板玻璃的平性差及测量误差2)当移动长靠近使参考臂缩短引起条纹向右移动问如图圆圈部分为薄端还是厚段解： 较薄3、 等倾干涉法1） 测量原理当干涉处尺寸很小则h很小可忽略I变化起主要作用上升为主要矛盾又 此为等倾干涉的前提及保证干涉场内有厚度引起的光程差小于四分之一波长（瑞利极限）从而限定了照明区域的宽度如图光阑b限定了照明区域的宽度以保证上述要求转动被测平行玻璃板至某一位置，当平移平行玻璃板时条纹向外扩展（或向里收缩），而沿垂直此方向平移时，条纹无变化。条纹向外扩展，说明由薄变厚，条纹向里收缩，说明由厚变薄中心条纹级数最高（光程差最大），

8、扩展时，中心不断出现新条纹，每出现一个新条纹，说明光程痉变化一个波长，收缩时，中心条纹不断消失，每消失一个条纹，说明光程差也变化一个波长。设出现或消失的中心条纹为m，则3） 可测的min如不出现或消失新条纹，只是条纹的半径变化，说明由厚度变化引起的的光程差变化小于一个波长条纹对应的角度近似为，设视场内条纹对应半径为r则设但平移平行玻璃板时厚度变化条纹半径则将、展成级数并略去二次以上项得得所以由折射定律又知代入得测的R2，R1可求得的测量比等厚干涉小，因为等倾干涉只照明零件的一小部分，不受仪器口径限制只要零件尺寸足够大可测小角度，且厚度差引起的光程差小于一个波长也可以测。4、 激光点光源干涉法n

9、D+dnDnD+dSDDdnD+2dnDnD+dSDDd原理2DSd , , , , 条纹中心对应的方向为后端§3-2-2棱镜光学平行差测量一、 反射棱镜的一些定义1、 光轴（optical axis）:the part of optical systems optical axis光学系统光轴通过反射棱镜的部分pass reflex prism2、 光轴载面（optical axis section）:the section is decided by optical axis of reflex prism反射棱镜光轴所决定的平面1） 入射光轴截面：由棱镜光轴上最初入射的两根折线

10、所决定的平面2） 出射光轴截面：由棱镜光轴上最后出射的两根折线所决定的平面3、 光轴长度：反射棱镜光轴的几何 度The length of optical axis:the geometrical length of optical axis of reflex prism.4、 光学不平行度（optical parallel difference）反射棱镜展成平行玻璃板法、这一平板的平行差。对使用时光轴垂直在入射面入射棱镜，也就是光线反射棱镜的入射面垂直入射，光线在出射前对出射面法线的偏角。1） 第一光学不平行度I ：在入射光轴截面方向的光学不平行度分量。2） 第二光不平行度II：在垂直入射

11、光轴截面方向的光学不平行度分量。5、 棱差（edge difference）1) A棱差rA: 某一工作面（除屋脊面）和基准棱的夹角，即工作面法线偏离光轴截面的角度。2) C棱差rC：屋脊棱镜屋脊棱偏离光轴截面的角度。原定义：A棱差：具有三个工作面的棱镜，某一指定棱与该棱所对的工作面间夹角。B棱差：具有四个工作面的棱镜，其指定的两个棱在通过两个棱的标准位置的平面上相对的编转角。C棱差：屋脊棱镜的屋脊棱在通过标准位置并垂直 于屋脊角平分面的平面朵相对于标准位置的偏转角。基准棱的选定原则：以入射面和出射面交棱为基准棱。对于出入射面平行式重合的棱镜，取入射面和第一个反射面交棱交基准棱工作面=反射面+

12、折射面（出入射面）6、 光学平行度和几何形状误差关系1） I与光轴截面内角度误差关系，展成平行玻璃板，求其平行差CBA2） 棱差与II关系DI-900 DIIIJ-00DIIJ-450 二、 反射棱镜光学平行差的测量在比较测角仪上测量1、 直角棱镜DI90°a12na2a2 2、 直角棱镜DII180°a1IIIV1)IV先消失V后消失IVIIIIIVI2)V先消失IV后消失VIIIIIVIIVIV 3、 斯未特屋脊棱镜DIII45°a2a1as §5-2 光轴截面内角度误差的测量1、 比较法用一块标准角度棱镜与被测棱镜角度比角a2、 自准法C1） 直角

13、棱镜AaI2BAAI1BCIIIVA(1)先测900 DB（2） 测 ，A（3）C下偏为正DB2） 斜方棱镜XII00C3、 在精密测角仪上测量1） 精密测角仪动作组合（1） 工作台和度盘不动，转臂转动（2） 转臂不动，工作台和度盘转动（3） 转臂和工作台不动，度盘转动（4） 工作台、度盘、转臂一起转动（5） 工作台单独转动2） 测量前仪器调整（1） 仪器调水平（2） 前置镜和平行光管轴垂直转轴（平行前置镜光轴）3） 测量使被测角的棱垂直前置镜及平行光管光轴（靠工作台上三个调整螺钉实现）方法有四：（1） 工作台、度盘不动、转动转臂测得（2） 转臂不动，度盘和工作台一起转动，测得B(C)（3） 平行光管和