接触式干涉仪.pdf

接 触式干涉仪是 以光波干涉 原理为 基 础，以光波波 长为 基准的测 量仪器。仪器结构 和光学系统 如图 1和 图 2所 示。7 l 4 l 3 图 1干 涉 仪 镜管 T 关于 U J Z 8 型携 带式直 流 电位差计 电 源 的 改进 使 用江苏太州 电珠仪 表 厂生产 的 U1 2 3型 电位差计者 都知道，该仪 器耗 电大，即使新 干 电池，使用一段 时间后，光检流器指 示光点亮 度下 降也较 快，对 使用者造 成许多麻烦 本人 针对这 种 情况，对 该 电位差 计的电路 进行 了分析 发 现电 路中除 6节 1 干电池供 桥 路 电源外，另外 8 节 干 电池是 供检流器 光准的 为了改变 上述缺 陷，可 自制小型 电源变 压器，将 厚电路 3 V光准直流电(3 v坷泡变为 6 8 V灯 图 2 干 涉仪 光学 系 统 图 一、千 涉 原 理 接 触 式干涉仪 是根据迈 克尔逊干 涉原理设 计的 它是 以分振 幅法产生 双光束实现 干 涉。从图 3可 知，在 相互 垂直 两光 轴上 安置两个 相 互垂直 的 反射镜 m 和m：，m：可 沿轴线 方 向 移 动。在 阿光轴线相交 处放 置一 个与 两 轴 线 成 泡)改为 2 2 o v 6 3 交流 电供 电。此方法 简单、工作可 靠，电源 变压器数据可 参 考 怎样选 用 无 线电元件 等 书刊。2 撂 动与滑线 电阻上 油 在 电子 电位 差计 修理及标 准电位差计 使用 中，经常发现指 针在乎衡 位置 附近(标 准仪器 校准对零 点位置附近)无规 律 地摆 动。根据 以 往经验，常 用清 洗滑 线电阻 的方法排 除。但有 些仪器仪 表还是不 能彻底排 除 故障，针对这 种 现 象，本 人利用仪表 油(或缝 纫机油)注入滑 线电阻上 得到令人满意的效羁 一4 一 0 v帆 叫m 一 则 李 一 二 龇 一 验 雌 一 经 肺 一 一 一 一。维普资讯 x O 翻 3 4 5 的平面 平行玻 璃板 P，称之为分 光 镜 它 的作用是将入 射光 线分 成振 幅近于相等 的反射 光和透射光。在 P 和 之 间放 置一 块与 分 光 镜 厚度相等，折射率 相同的平 板玻璃 P，它 起 补偿光程 的作用，称 为补偿镜。由光学原理可 知，仪器 的干涉系统 部分，测 杆 反射镜 m 的反射面经过分 光镜 面 成 一 虚 象；，在可 调 反射镜 m 的反射面 附近，如 图 3所示。来 自灯源“0 的一 束平 行光 线，由 分 光面 反射 后射向。面，光线分别 在、m：面 反射，在两平面 之 间构成了一 个 空气 楔，相 干后 产生等厚干 涉条纹。当平面 m 上下 移 动 时，相 当于 相对 于。平面前 后移动，在 平 面 与。的相交 处，=反 射光 的光程差 为零。由于半波损失，即在分光 面 上 射 向：的一 束光线，经反 射返 回到观 察系统过程 中，半波 损失一 次。另 一束光线射 向 经 反射返 回到 观察系统过程 中，半波损失二 次，额 外 引 进 1 8 0 相位差，在 炽灯照 明下 出现黑 色干涉条 纹(零级条纹)。m 是可 调的，它可 以改变干 涉 条 纹的方 向 和宽度，条纹 方 向取决于。与；二 平面 的交 线及 与 的倾斜 方向，干涉条纹 的宽度 取决 于两平面 夹角 0的大小、两平面相 互 问的倾 角方 向 以及 干涉条 纹左右 运动方向。当入射 光线 的波 长为 常数 时，干涉 条纹的 间 隔随两平 面夹角 0值 的大小 而改变，但各干 涉条纹之 间的间隔 是一个 常数。e一 接触干涉仪利用等距离亮暗相闻的干涉条 纹，确定分 划板 的分度值 4 一 一 j 式 中 条干涉 间距所 包 含的分度数；干涉滤光片 波长 采用的干涉 带间隔数。=、接触式 千涉仪 的修理 接 触式干涉仪在 使用 中经 常 出现 的问题 及 修理方 法如下：T 千 涉 条纹 不 清 晰(1)产生 的原 因 a光源安 装位置不 对，仪器在 非平行光 下 照 明。b仪器光学 零件发霉，特 别是m m 两 反射镜 上 的脏点和 霉点，将 使干 涉条纹变 形和 断带。c物镜的像质好坏 也是一 个 很 关 键 的 问题。成像质 量不好，将 造成干涉 带变带(跳带)。当 0级次干涉带 向 5 O 方 向移 动 时，原 0级次 干 涉带(黑色)便会 逐渐 的变到原 1级 次干涉 带 上，使读数值增 加 一 个 量(图 4)误 差。在变 带过程 中还会 出现 0级次条 纹，呈亮条纹，而两 边呈紫 色条 纹，在 读数 时分不 出哪一个 是 原来 的 0级 次条纹。三 一 O 圾扶 干抄 带 图 4 物镜像 质不好，还会造成干 涉带 间隔 不 相等，这将 会造成分 划板的分度 值不准确，在 使用 中带来一 定误差。d分光 镜是该仪器 的心脏，制作和 装调 不 符台 要求，将 影响干 涉带的像质，严 重 的会 调不 出黑色 0级次干涉条纹。(2)干 涉带不 清晰 的整修 对于 0项 问题，只 要将 灯泡 和聚光镜 的位 置调整合适，使入射光束六于入光窗孔。在提 维普资讯 场 内观 察 视 场 亮 度 均 匀，一般 即 可 对于 6项问题，咀 0 要求有 一定修理 和装调 仪器经 验的人进行拆卸 和清洗。对于 0项，若 是物镜本 身成 像质 量不好，则 要 重新更换物镜；若 是修理 时因装调 引起 的，就 要重新 装调。对于 出现 的干 涉带 间隔不等 的 问 题，则可 以转 动物镜加 以校正。对于 d项问题，这 是指分光 镜组，包括 分 光 镜 P 和补 偿镜 P 。对于分光镜 和补偿镜 的 光 学参数要求较严 格，一 般是 在 同块材料 上 取 分、补两 镜，进行 配对加工。所 以当修 理需 要 换件 时，两镜须 同时更 换。对于 两镜问 的金工 板要求也 是较 高 的，其平 面度 不 大 于 0 0 0 0 1 l l l m，平面平行 度小于 0 0 0 0 I mm。装调 时要 使 两 镜受 力均匀，匿 力也不能 大。2 示 值不 稳 定 前面 已说过 干 涉仪 是用于高锖 度的测 锓和定 位，示值不稳 定就 无法 准确 的读 数。影响仪器稳 定 的因素有多处，要从外 部到 内部 详细 检查。a工作 台有 无毛刺。工 怍台有毛 刺，被 测 件就会放 置不平 稳 绘读 数造成 不稳定。对 于小毛 刺可 以用玛瑙石 或 白玉油石 除去 毛 刺；毛刺严重，则采取磨、研 的办 法消除。用球筋 工作 台时，测 头 的位置不 能 太 高，以高 出 1 2 1 5 m 为宜 用筋形 工作台时，中问筋应 比其它 筋高 出 0 3 O 6 B m。中间筋高 的过多也 是 造 成示值 不稳定 的因素。b工作 台的固定 应 稳定可靠。当用球筋 工作台时，工 作 台上 的测头与测 杆上 的测头 需 调重 台。用筋 形工作 台时，也要调 好返 回点。c、测 杆上 的反射 镜若 固定 的不牢 固，在 拨 动测 杆时反射 镜会有 微量的变化，使 示值 不 稳定。而反射 镜与测杆 的连接 也不 能匿得 太紧，压得太 紧使反射镜 变形，将 会 引起干涉 带不 清 晰。在 压 力调整 台适后，并在反射 镜与测杆 连 接处 用潦片粘 合。d 由于使 用中不 注 意，支臂 下滑或其它 原 因将测 杆碰撞，造成弹簧片 变形 或松动，使 侧杆径向间隙大和不穗定，这样就要将嘲杆部 件取 首先将测帽 1 取下，再甩专甩搬手旋 下调 整器 2(图 5)，用搬 手旋 下压 圈 3，松 开 顶 照 5，如果 镜管 下端有小 顶 丝的还 要把小顶 拧掉，并 作好 方向 和深度 的记号，然后用搬 手将 测杆 旋 出，用干净 的纸将反射镜 包好。将 损坏 的簧片组件取 下，重新更 换簧片组件 若 簧片没 有损坏，只是松动可 重新组 装压紧，把 测杆组 件按原位装好，用调整 器 2，调 出干涉条 纹。经上述 整修后还 要注意两 个 问题 反射镜 反射面要垂 直于测 杆。判 断方 法是将测 杆部 件 装入 镜筒里，旋 转测杆观 察灯丝像 画圈 大 小，围 5 画圈太 大可把反射 镜定位面车 一 刀，也 可用小 油石 掺定位 面，直到灯 丝像画圈小于 它的本身 像。测 杆轴线 与工 作台应 垂直。规程 要求垂 直度应不超 过 1 0 P m S mm。检查方 法是装 上 直 径为 8 ram 的刀 口测 帽，筋形工作 台上放 一 个 夺1 5 ram 的平行 平晶。刀 口测 帼与平行平 晶 间 放-_ 根直径为 i mm，几何形状 误差不 超 过 l m 的三针，三针与刀 口测 帽长边 垂直。移动三针，读出三钟在测蜩左右两端的示值差。将测帽转 盯 一 维普资讯 动1 8 0 ，用同样的方法再读一次，两次读数的 代数 和的平 均值为垂直 度误差。再 将 测 帽 转 0 用上述相 同的方 法铡量，看这一 方向的垂直 度误 差，测杆 轴线任 意方 向与工作台垂 直度都 不 能超 出要 求 若超 出的少，可 以用 图 5中四 个螺钉 5来较正 j若 超 出的多可将 铡杆 取出，甩校正浏 杆的不直度来 校正垂直度。经过上面 几项问题 的修整，铡 杆按原位装 上，有可 能 调不 出干 涉带，这就需要 用专用搬 手慢 慢旋 转测杆组 件，升降 反射镜位置，待 出 现干涉条纹后，将测杆 组件下旋半 圈左右，旋 上压 圈 4，固紧四个 螺钉 5，然 后用调 整器 2，调 出干涉条皱。干 涉盔皱 应在 一6 O外面。最 后 还要 捡查，测杆测 力是 否为 1 5 0l O g f，若 不 符 合要求可调整 螺钉 1 2。3 分 刘扳移 动不平穗 分 划板 的移 动是用来 调整零位 的 由于长 期 使用导轨 产生磨损 间隙过 大，或燕 尾导轨处 油脂 千固 和有脏 物，使分划板 移动失 灵 或扭摆。对 于这 样的故障要 修复，首先将 图 1中螺帽2 4 取下，再 取下镜头 2 3。见图 6，旋下螺钉 5 将 套座 l O取 下，将 两弹簧取 下j 把分 划板壳体 抽 出。若分 划板座与导 板卡死，可 松开 螺 钉 2、4，取下 导轨板 3，分 划板座便可拿 下 为 了 图 6 1一 稠军 证螺 钉 2，4一 日紧螺 钉，3一 导轨桩J 5一 日 定 螺 钉 I 6一 挣 划 板 壳 倬 I 7 抒 划 板，a一 弹簧 0一分 划 座，1 0-譬 座 防止碰伤 分捌板，可 旋掉 固分 划板 的压圈取 出 分划板，用汽油清 洗表面。如有毛刺 可用油石 打掉，如有 生锈 和磨 损可 在压砂平 板上 压 光，其光拮 度要 求 l O级，平行 度要 求：将分划 板 装在仪器上，分划板移动时无松紧不一致现象 一 一 分划板捌线端与导轨平行，同时要注意两弹簧 的长度、拉力 要一致。如果 分划板座 内装的导 轨有 间隙，可 把圈定导 板的螺 钉 2、4松 开，调 整导 板 s并 将导 轨面加 入少 量耩滑 油，使分 划 板移动平稳。4 摇 动反射镜 的作用和调整 摆 动反射镜 反射 的光柬是 构成 两相 干光束 中的一 束。摆 动反射镜 的灵活性 和稳定性好 坏，将直接影响 干涉条纹宽 窄和倾斜的 调整，如图 7 所 示(1)失曼原因 a反射镜 壳体 的螺 旋盘 簧力不 台适。b夹持 反射 镜壳 体上的 两个 6 O 顶 尖 顶得过 紧。c框架 上或反射 镜 壳 体 上 的 6 O 顶 尖 孔或两项尖 生锈(2)摆动反 射镜的调整 为了使初 修此 仪器 的人 员修 理方 便，下面 将摆 镜 系统拆 卸过程介 绍如下。图 3 首 先，将摆动 反射镜外壳固 紧螺钉 旋 下，将壳体 i s(图1)从镜管上取 下，然 后旋下 反射(下转第4 1 页，审 ，一 维普资讯 分划板 2 上的双刻线之问。如果移动工作台使 被测工件表面移近主光轴，这时有部分光线由 工件表面 反射，经 0 成 像 在 s 。此时在分 划 板 2上可看到两 个十字线 的像 s 和 s ，如 图 1(b J所示，如果 继续 移动工作台，使被测 工 件表 面与光轴重 台，如图 2(d)所 示，此 时照 明光 束全都 由被测 表面反射，并成像 在分划板 2的双刻线 中间，即 s 移至双 刻线中心 与 S 重台，从而实现 了刻线双 刻线的套台瞄准。如 图 2(b)所 示，在没 有瞄 准 之 前，分 划板 2 上 s 与 s 的距离等 于 s 和 物镜 0 放大 倍数 的乘积。而 是被视 I 表 面 距光 轴距 离 的两倍，因此，它的灵 敏度 高，比一般 显微 镜 提 高 了一倍。其值可 达 0 I O 2 g m，当测量 表面为 曲面 工件 时，十 字 线 垂 线 的像 成 弯曲 形状。二、阿贝 误差 长度 测 量的基 本原则要 求 消除阿 贝误差。在长度测量 时，为 了保证测 量 的准确，应使 被 测零件 的尺 寸线和 量仪 中作 为标准 的刻 线尺重 台或在其延长线上。这样，残存的阿贝误差为 二 次误差，它所带来 的影 响非常小，所 以，可 以忽 略不 计。二 次误差 的计算公式为 A A L：=式 中 一两显微镜之 间的距 离 工作 台倾斜角 度。在万工显 上澳I 量孔径时，无 论是在横 坐标 还是纵坐标 都不符台 阿贝 原则，它所 产生的误，：()()()：)z (上接第 4 8 页)镜压环，取出反射镜 8(图 8)，松开两 十字槽 螺钉 2，减小 盘簧力。橙开四 个顶韭 3、4(圈 8)，旋 出顶尖 5，即可取 出反射镜座及框架。松开顶尖 7，反射镜座与 框架 便可 分开。旋下 固定盘簧的螺 钉，便可 将盘簧 取 出。为将盘簧力整修的适宜，须使盘簧中心处 差是一次误差，其误差计算公式为 AL=叩 S 式 中 s一被测 件 和标 准线之 间的距离 因导轨 的直线 误差而使 工作 台顿 斜 的角 度。而在像 点仪上测孔径 时，披测 孔径与标准 玻 璃刻 线尺 在 同一条直 线上，此 时产生二 次误 差，其影 响可忽略不 计。三、标 准器 具 误 差 万能工具 显微 镜 没有标 准玻璃 刻线尺的误 差(系统)修正装置，在测 量结果 中含 有标 准玻 璃刻线尺 的误差。而在像 点仪上铡孔 径时，其结果 中不含有标 准玻 璃 刻线尺 的误差。因为 它有 一个误差 修正装 置，在 仪器 上有一 个误差 曲线 修正板，曲线修正板 推动一 块平行光 学玻 璃板，使劐线尺 的刻线在细分 目镜 中偏离 了原 来 的位置。偏移量是 由曲线板 决定 的，而 曲线 板是根 据刻线尺 的检定 值来 制作 的，从而 达到 修 正 的 目的 综上所 述，像点仅 的精度 比万 工显高，测 量 误差 的计算 公式分别 为 像 点 仪：(o s+l矗+)m ，r 、万工显：(8+。一 m 式 中 L一测量长度(mm)H 离 开标 准尺 刻线面 的测最位置 高 度(1 1 71 1 1 1)3 0 4,所第 一研 究 室 量误差讨论 组供 稿)：()x )x x 于 自然状态，在两个十字槽螺钉 4 5 方向 上。对 于反射镜 外壳 和框架 上 的顶尖 和顶尖孔 生锈或光 洁度低 的，要进 行抛光 和研 磨。光洁 度不 低于 7，顶 尖 与顶尖孔 角 度 相 一致，或 顶 尖角度 大于顶 尖孔 3 。然后可请 洗 沫 抽、装 配。顼失 顶得松紧要 合适。当反射镜 摆 角时，既灵活又不 摇动，而且平稳可靠。一4 J 一 维普资讯