CC BY
37
УДК 535.417
КОНТРОЛЬ АСФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Никита Андреевич Гурин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры наносистем и оптотехники, тел. (923)129-87-48, e-mail: gna200694@yandex.ru
Николай Юрьевич Никаноров
АО «Швабе - Оборона и Защита», 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дуси Ковальчук, 179/2, главный оптик, e-mail: distorsya@ngs.ru
В статье описываются методы контроля деталей с асферической формой поверхности, описание нового метода контроля, способствующего улучшению конкурентоспособности предприятия на рынке. Подняты вопросы актуальности данной темы, выявлены пути ее решения.
Ключевые слова: технологии, предприятие, приборостроение, оптическое производство, интерферометр, амплитудно-синтезированная голограмма, интерференционная картина.
CONTROL OF ASPHERICAL SURFACES
Nikita A. Gurin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., undergraduate of the Department of Nanosystems and Optical Engineering, tel. (923)129-87-48, e-mail:gna200694@yandex.ru
Nikolay Y. Nikanorov
The Joint-Stock Company «Schwab - Defense and Protection», 630049, Russia, Novosibirsk, 179/2 Dusya Kovalchuk St., the chief optician, e-mail: distorsya@ngs.ru
In article control methods of details with an aspherical form of a surface, the description of the new control method promoting improvement of business competitiveness in the market are described. Questions of relevance of this subject are brought up, ways of its decision are revealed.
Key words: technologies, the entity, instrument making, optical production, the interferometer, the amplitude-synthesized hologram, an interferential picture.
Одним из важнейших условий устойчивого функционирования предприятия является выпуск конкурентоспособной на внешнем и внутреннем рынках профильной продукции. Профильной для предприятия продукцией являются оптические и оптико-электронные приборы наблюдения и прицеливания, малогабаритные дальномеры, контрольно-измерительные приборы общепромышленного назначения.
Основным трендом в развитии оптических систем является снижение массы и габаритов изделий. Одним из путей снижения массы и габаритов изделий при сохранении оптических характеристик является использование в оптических схемах деталей с асферической формой поверхности.
В данной статье рассматриваем методы контроля оптических деталей с асферической формой поверхности.
В настоящее время известно много методов контроля асферических поверхностей. Основные методы приведены в таблице [1-5].
Таблица
Методы контроля асферических поверхностей
Методы измерения Точность, нм Достоинства Недостатки
Сканирующие методы Профилограф 0.5-2 Универсальность Заданная траектория, большое время измерения, контакт
Пентапризма 20-50 Универсальность Заданная траектория, большое время измерения
Экранные методы Датчик Шека - Гартмона 20-50 Простота, большой диапазон Ограниченное пространственное разрешение и точность
Теневой метод Метод Фуко 20-50 Простота, большой диапазон Ограниченное пространственное разрешение и точность
Интерференционные методы Интерферометр сдвига(боковой, радиальный, угловой и т. п.) 10-100 Простота, большой диапазон Ограниченная точность и чувствительность, трудность расшифровки
Точечный дифракционный интерферометр 30 Простота, точность, отсутствие эталона Нестандартное оборудование, ограниченный диапазон
Синтезированная длина волны (дву-хволновый) 10-100 Большой диапазон, матовая поверхность Нестандартное оборудование, ограниченная точность
Интерферометр сшивкой апертур 10-30 Универсальность Ограниченная точность, большое время измерений, сложное программное обеспечение
Интерферометр со сканированием вдоль оси (VeriFireAspere) 60-200 Универсальность Контроль осевых линз, большие время измерения и стоимость, ограниченная точность
Прямой метод измерения до 2000 полос 60-300 Простота, обычный интерферометр Отступление от сферы < 1000 X, дополнительные погрешности
Окончание таблицы
Методы измерения Точность, нм Достоинства Недостатки
Интерференционные методы Компенсационный с линзовым корректором до 1-5 Традиционная технология Трудность в сборке и юстировке
Компенсационный с СГ - корректором до 1-5 Простая юстировка, высокая точность Требуется изготовление Синтезированная голограмма, возможны оптические шумы
Компенсационный с пространственным модулятором 20-50 Универсальность Отступление от сферы <500 X, ограниченная точность, сложность сертификации
Сканирующие методы контроля - несовершенство в том, что большое время сканирования детали и в основном контроль происходит с оптическим контактом между контролируемой поверхностью и эталоном, что может привести к дефектам на контролируемой поверхности.
Экранный метод достаточно прост, но у него ограниченное пространственное разрешение и малая точность.
В теневом методе ограниченное пространственное разрешение, малая чувствительность и точность.
Интерференционный метод со сдвигом не подходит для серийных деталей так как обладает большим временем сканирования и требуются специальные навыки для работы с программным обеспечением данного интерферометра.
Точечный дифракционный интерферометр - изъян данного метода контроля в том, что он имеет специфическое оборудование, которое усложняют обслуживание этого прибора и имеет ограниченный диапазон интерференционной картины.
Двухволновой интерферометр имеет ограниченную точность и нестандартное оборудование, что усложняет адаптацию этого прибора для серийного производства.
Интерферометр с сшивкой апертур имеет ограниченную точность и долгое время обработки интерференционной картины контролируемой поверхности.
Интерферометр со сканированием вдоль оси универсальное оборудование, но требует постоянный контроль осевых линз, большое время сканирования замеряемой поверхности и.
Прямой метод измерения до 2000 полос - недостаток данного метода состоит в том, что отступление от сферы <1000Х, что приводит к дополнительным погрешностям, что непременно уменьшает точность получения интерференционной картины.
Компенсационный метод с линзовым корректором - это традиционный метод контроля асферических поверхностей, но его главным недостатком заключается в том, что его очень трудно собирать и юстировать.
Компенсационный метод с пространственным модулятором недоработка этого контроля состоит в том, что отступление от сферы <500Х что приводит к дополнительным погрешностям, что непременно уменьшает точность сканирования интерференционной картины.
Компенсационный метод с амплитудно-синтезированной голограммой (СГ) - метод состоит в том, что вместо эталонной пластины установлена ам-плитудно-синтезированная голограмма. Суть метода в том, что нужно изготовить эту СГ, которая дорога в производстве и требует для ее создания специального оборудования, так же СГ будет вносить оптические шумы. Количество оптических шумов будет зависеть от качества подложки, на которую будет нанесена СГ.
Для контроля деталей с асферической формой поверхности главной задачей является точность амплитудно-синтезированной голограммы и качество подложки для минимизации оптических шумов. Такие ДОЭ изготавливаются на подложках, с общей ошибкой N = 1, и местной ошибкой АК = 0,1.
Для производства разрабатывается метод контроля оптических деталей с асферической формой поверхности интерференционным методом на основе синтезированной голограммы с опорными точками. За основу взят стандартный интерферометр Физов зависимости от размера контролируемой поверхности создаем СГ требуемого диаметра. В чем состоит принципиальная разница между компенсационного метода с амплитудно-синтезированной голограммой и СГ с опорными точками. Благодаря опорным точкам СГ можем сканируем не только асферическую поверхность, но и захватываем обратную сторону детали, что позволит нам контролировать полностью любую деталь с асферической формой поверхности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коронкевич В. П., Ленкова Г. А., Маточкин А. Е. Об одной схеме дифракционного интерферометра с общим ходом интерферирующих пучков // Автометрия. - 2002. - № 3. -С.119-122.
2. Маточкин А. Е. Лазерные интерферометры для контроля оптических поверхностей // Официальные материалы конференции «Тенденции и развитие современного научного приборостроения в России», SIMEXPO Москва, 20-22 ноября 2007 г. МВЦ «Крокус Экспо». - С. 76.
3. Маточкин А. Е. Полещук А. Г. Применение дифракционных оптических элементов для задач контроля асферической оптики // Официальные материалы Третьего международного форума Оптика 2007, Москва, всероссийский выставочный центр. 23-26 октября. -С. 38.
4. Патент РФ № 2540065. Способ изготовления дифракционного оптического элемента (ДОЭ) / Полещук А. Г., Корольков В. П., Шиманский Р. В., Черкашин В. В. - Опубл. 27.01.2015.
5. Изготовление и применение дифракционных оптических элементов для контроля асферической оптики / Полещук А. Г., Корольков В. П., Коронкевич В. П., Маточкин А. Е., Насыров Р. К., Чурин Е. Г. // Оптический форум «Оптика-2005» : труды конференции. - М. : Изд. центр «Техносферы», 2005. - С. 12.
© Н. А. Гурин, Н. Ю. Никаноров, 2017
