Методы уменьшения инструментальных погрешностей интерферометров с совмещенными ветвями

• Автор: Симонова, Галина Владимировна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Значение качества оптики возрастает с каждым годом. Оптические резонаторы, интерферометры, спектрометры, астрономическая оптика требуют высокоточных поверхностей, изготовленных с максимальной погрешностью менее чем сотая доля длины волны излучения X. Для создания качественных оптических поверхностей необходимо решить две проблемы: создать количественные методы контроля формы поверхности и автоматизированную оптическую технологию, которая использовала бы результаты методов контроля. Задачи контроля в оптическом производстве отражены в работах Д.Т. Пуряева, Г.И. Креопаловой, Ю.И. Островского, М.И. Гришина, Э.А. Витриченко, О. Ма1асага и их соавторов. Известны различные методы контроля формы поверхности: метод Фуко, Ронки, Гартмана, но наиболее точным является интерференционный метод. Обработка интерферограмм осуществляется с погрешностью менее Я/100, в то время как реально достигаемая аппаратная погрешность современных интерферометров больше, чем Я/40. Это обусловлено различными факторами, влияющими на формирование интерференционной картины -инструментальной погрешностью самого интерферометра, нестабильностью работы источника излучения, отдельных электрических и механических устройств, воздействием внешних факторов. Поэтому проектирование оптических схем высокоточных интерферометров требует оптимизации конструкции интерферометра с учетом условий формирования и обработки интерференционной картины, внешних условий. В связи с этим поиск новых методов и технических решений при проектировании интерференционной техники, позволяющих корректировать возникающие погрешности при интерференционных высокоточных измерениях, является актуальной задачей.
Целью работы является улучшение качества формирования интерференционной картины и повышение точности интерференционных измерений посредством применения новых методов и технических решений
для совершенствования интерференционных приборов контроля формы
оптических поверхностей.
Рассматривались следующие задачи
1. Обоснование выбора рациональной конструкции оптической схемы универсального интерферометра для измерения формы поверхности оптических деталей.
2. Систематизация погрешностей, влияющих на точность интерференционных измерений, и источников их возникновения.
3. Разработка рекомендаций по оптимизации конструкции функциональных узлов интерферометра.
4. Создание и расчет отдельных функциональных узлов универсального интерферометра и оценка их влияния на точность интерференционных измерений.
Научная новизна работы заключается в следующем
1. Проанализированы источники погрешностей и выявлены те, влияние которых может быть уменьшено только применением новых технических решений.
2. Впервые предложена методика самокалибровки остаточной аберраций осветительной ветви интерферометра с совмещенными ветвями, использующая адаптивное зеркало[65].
3. На основе теоретического анализа установлена возможность регулировки контраста интерференционной картины [73] путем использования электрохромного покрытия на эталонной поверхности интерферометра.
4. В результате численного анализа определены значения параметров формирования интерферограмм в условиях неоднородной освещенности, обеспечивающие погрешность измерения менее одной сотой длины волны.
5. В численном эксперименте установлен диапазон перестройки интерферометра, в котором возможно формирование выборки
интерферограмм, обеспечивающей погрешность измерения не более одной сотой длины волны.
6. Предложен универсальный подход для изменения расходимости светового пучка рабочей ветви крупногабаритного интерферометра в диапазоне ±2,4° с целью расширения номенклатуры контролируемых деталей [58].
Практическая ценность работы заключается в следующем
1. Найденные подходы к проектированию позволяют уменьшить погрешность интерференционных измерений в 1,5-Н,8 раза.
2. Разработанная оптическая схема крупногабаритного интерферометра позволяет проводить аттестационный контроль крупногабаритных оптических деталей как плоской, так и сферической выпуклой и вогнутой поверхностей.
3. Комплект сменных фокусирующих объективов позволяет расширить возможности применения интерферометра для контроля прецизионных оптических деталей широкой номенклатуры.
4. Разработанная оптическая схема крупногабаритного интерферометра для контроля плоских поверхностей позволяет не только проводить контроль формы поверхности оптических деталей, но и проводить физический эксперимент для исследования неоднородности в воздушных вихрях и потоках.
5. Численные исследования позволили сформулировать требования к условиям формирования интерферограмм для высокоточных измерений.
Защищаемые положения
1. Введение коллиматора-трансфокатора в освещающую ветвь интерферометра обеспечивает погрешность контроля не более одной сотой длины волны за счет приведения ширины гауссова пучка в соответствие с числом интерференционных полос.
2. Метод самокалибровки освещающей ветви интерферометра посредством адаптивного зеркала на порядок уменьшает неустранимую
Рис. 2.4,а. Интерферограмма с числом полос N=20, Ш0 (г)
Рис. 2.4,6. Сечения половины диаметра интерферограмм с числом полос N=20 и полушириной Гауссова пучка со:
1)ю = Я; 2) ® = 12Я; 3)<а = 1.3Д; 4)ш = 1.5Д; 5)ш = 1.7Д; 6)<а = 2Л;
7) (о = 2.2Я; 8) ® = 2.5Я; 9)®->да
Рис. 2.4,в. Нули функции С{х), соответствующие координатам максимума крайней справа интерференционной полосы на рис. 2.4,6