Visiškai automatinis sferinio skersmens matuoklis yra optinis tikrinimo įtaisas, naudojamas labai tiksliai{0}}matuoti sferinių paviršių (išgaubtų / įgaubtų paviršių) kreivio spindulį, židinio nuotolį ir sferiškumo paklaidą. Jo pagrindinis principas yra sutelktas į du pagrindinius modulius: „optinių parametrų atvaizdavimą“ ir „automatinį tikslų valdymą“, kuriuos galima suskirstyti į tris pagrindines nuorodas:
1. Pagrindinis optinio aptikimo principas: parametrų atvirkštinė dedukcija, pagrįsta geometrine optika ir trukdžių efektais
Esmė yra sukurti „žinomą optinį kelią“ per optinę sistemą, naudojant išmatuoto sferinio paviršiaus atspindžio / lūžio charakteristikas, kad „sferiniai geometriniai parametrai (pvz., kreivio spindulys)“ būtų paverčiami „išmatuojamais optiniais signalais (pvz., taško padėtimi, trukdžių pakraščiais)“, o tada nustatant tikslinio modelio parametrus. Pagrindiniai techniniai keliai skirstomi į dvi kategorijas:
Autokolimacijos metodas (tinka vidutinio ir mažo tikslumo greitam matavimui)
Optinio kelio projektavimas: kolimuojančio šviesos šaltinio (pvz., He{0}}Ne lazerio) skleidžiama lygiagreti šviesa atsispindi pluošto skirstytuvo ir tada krinta statmenai į matuojamą sferinį paviršių. ,
Signalo generavimas: jei lygiagreti šviesa krinta ant išgaubto sferinio paviršiaus, atsispindėjusi šviesa susilieja į paviršiaus „kreivio centrą“. Kai atsispindi įgaubtas sferinis paviršius, atspindėta šviesa išsisklaido ir susidaro virtualus židinys (lygus iš kreivio centro). ,
Parametrų skaičiavimas Prietaisas fiksuoja atspindėtos šviesos židinio taško padėtį per didelio{0}}tikslumo CCD vaizdo jutiklį. Sujungus atstumo skirtumą tarp „atskaitos plokštumos (pvz., prietaise įmontuoto kolimuojančio objektyvo židinio plokštumos)“ ir „fokusavimo taško“ ir pakeičiant jį į formulę R=2×(L - f₀) (kur R yra kreivio spindulys, L yra išmatuotas atstumas, o objektyvo kreivumo židinio ilgis yra tiesioginis židinio židinio ilgis). daroma išvada. ,
Interferometrija (tinka didelio{0}}tikslumo aptikimui, ±0,1 μm tikslumu)
Optinio kelio dizainas: Michelsono interferencijos optinis kelias naudojamas kolimuotam šviesos šaltiniui padalyti į du pluoštus - vienas spindulys krinta į „atskaitos plokštumos veidrodį“ (standartinė plokštuma), o kitas spindulys patenka į „išmatuotą sferinį paviršių“. Po to, kai du atspindėti šviesos pluoštai rekombinuojasi, dėl optinio kelio skirtumo susidaro „vienodo-storio trukdžių pakraščiai“. ,
Signalo analizė: pasikeitus sferinio paviršiaus kreivumui, pasikeis trukdžių kraštų „forma (pvz., apskrita arba elipsė)“ ir „tarpai“ -, jei sferinio paviršiaus kreivumas yra vienodas, pakraščiai bus koncentriniai apskritimai. Jei yra sferiškumo klaida (pvz., vietiniai išsikišimai / įdubimai), juostelės pasislinks arba deformuosis. ,
Parametrų apskaičiavimas Programinė įranga automatiškai nustato trukdžių kraštų centrinę padėtį ir atstumą tarp kraštų. Kartu su bangos ilgiu (pvz., 632,8 nm lazerio bangos ilgiu), optinio kelio skirtumas gaunamas per "kraštinės eilės skirtumą", o tada paverčiamas kreivio spinduliu ir sferinio laipsnio paklaida. Formulės išvedimo esmė yra pagrįsta optinio kelio skirtumu=2×Δh=k×λ (Δh yra aukščio skirtumas tarp sferinio paviršiaus ir atskaitos paviršiaus). k reiškia kraštinę tvarką, o λ – šviesos šaltinio bangos ilgį. ,
2. Automatikos modulis: pašalinkite rankines klaidas ir pasiekite tikslų valdymą viso proceso metu
Skirtingai nuo rankinio rutulio skersmens matuoklių, kurie priklauso nuo rankinio fokusavimo ir nuskaitymo, apribojimų, visiškai automatiniai rutulio skersmens matuokliai leidžia kompensuoti klaidas ir automatizuoti procesą naudojant „mechatroninį valdymą“. Pagrindinės technologijos apima tris punktus:
Automatinis derinimas ir fokusavimas
Įrengtas „tikslius elektrinius kreipiamuosius bėgius“ (pakartotinis padėties nustatymo tikslumas, mažesnis nei arba lygus 0,05 μm) ir „lazerio poslinkio jutiklius“, jis gali automatiškai reguliuoti santykinę padėtį tarp išmatuoto sferinio paviršiaus ir optinės sistemos, kad būtų užtikrinta, jog krintanti šviesa būtų statmena krintančio sferinio paviršiaus viršūnei, kurią sukelia sferinės matavimo paklaidos (išvengimo). ,
Automatinio{0}}fokusavimo sistema realiu laiku per CCD renka šviesos taško aiškumą ir automatiškai koreguoja objektyvo židinio nuotolį pagal „kraštų ryškumo algoritmą“, kad atspindėtos šviesos fokusavimo taškas būtų ant optimalaus jutiklio vaizdo paviršiaus. Fokusavimo tikslumas gali siekti ±0,01 μm. ,
Automatinis duomenų rinkimas ir analizė
Nereikia nuskaityti rankiniu būdu: CCD jutiklis renka optinius signalus iš anksto nustatytu dažniu (pvz., 10 kadrų per sekundę), o programinė įranga automatiškai filtruoja triukšmą (pvz., aplinkos šviesos trukdžius) ir išskiria efektyvius signalus (pvz., trukdžių pakraščius, fokusavimo taškų koordinates). ,
Skaičiavimas ir kalibravimas realiuoju laiku: įtaisyta-standartinių rutuliukų duomenų bazėje (pvz., kvarciniai standartiniai rutuliukai su žinomu kreivio spinduliu), prieš matavimą automatiškai iškviečia standartinius rutuliukus, kad būtų atliktas „sisteminis klaidų kalibravimas“ (kompensuojant tokias klaidas kaip kreipiamojo bėgio tarpas ir optinio kelio poslinkis), o matavimo metu įvedami matavimo parametrai. ,
Kelių-parametrų susiejimo išvestis
Vienu matavimu galima vienu metu išvesti tokius parametrus kaip "kreivio spindulys (R), židinio nuotolis (f, remiantis formule f=R/(n-1), kur n yra medžiagos lūžio rodiklis), sferiškumo paklaida ir viršūnės storis", nereikia kelis kartus perjungti matavimo režimų. ,
Palaiko automatinį duomenų eksportavimą (pvz., „Excel“ ir CAD formatais) ir generuoja „klaidų analizės ataskaitas“ (pvz., trukdžių pakraščius ir kreivumo pasiskirstymo kreives), atitinkančius optinių komponentų gamybos kokybės atsekamumo reikalavimus. ,
3. Pagrindinis pranašumo principas: kodėl geriau už rankinę įrangą? ,
Jo tikslumo ir efektyvumo pranašumai kyla iš „klaidų kontrolės pagrindiniu lygiu“:
Venkite rankinio fokusavimo klaidų: rankiniai įrenginiai remiasi žmogaus akimis, kad nustatytų fokusavimo tašką, o paklaida iki ±5 μm, o visiškai automatiniai įrenginiai tiksliai nustato padėtį pagal algoritmus, sumažindami paklaidą iki ±0,01 μm. ,
Pašalinkite aplinkos trukdžius: įmontuotas{0}} pastovios temperatūros modulis (temperatūros valdymo tikslumas ±0,1) kompensuoja medžiagų šiluminį plėtimąsi ir susitraukimą, o automatizuotas optinio kelio uždaras dizainas sumažina oro srauto ir vibracijos įtaką optiniam keliui. ,
Pakartojamumo gerinimas: rankinio matavimo pakartojamumo paklaida paprastai yra didesnė nei 0,5%, o visiškai automatinė įranga, naudodama standartizuotus procesus, gali kontroliuoti pakartojamumo paklaidą mažiau nei 0,05%. ,
