立式干涉仪主机说明书样本.doc

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FSn-150激光平面干涉仪

使 用 说 明 书

南京英特飞光电技术有限公司

6月

1 仪器简介
FSn-150是由本公司开发的菲索型立式激光干涉仪主机, 可外接图像显示器形成目视观察、 判读条纹的光机型干涉仪( Marc-150) , 也可加装移相器、 计算机等构成数字波面干涉仪( Hi-Marc-150) 。

图1 Hi-Marc-150干涉仪
由于干涉仪对抗震要求较高, 本仪器的光学系统应放置在有防震垫的工作台( 光学平台或大理石平台) 之上, 台面一般不小于仪器高度的1.5倍。
本仪器采用菲索干涉原理( 图2) , 在图像接收光路中设置了空间滤波器来改进干涉图的质量; 一个变倍系统能够放大干涉图以便观察小口径的被测件; 电控的对点、 测试切换使系统更稳定、 调整更方便。高精度的标准参考反射镜保证了相对测量的准确度。
本仪器适合测量大口径平面光学元件的面形, 无需特殊夹具。也可配各种光学调整架和辅助光学部件进行均匀性、 平行差、 棱镜角差等的测试。

本仪器主要用途为:
l 平面面形测量( 非镀膜表面、 高反射率镀膜表面*)
l 小角度平行平晶的楔角测量
l 角反射器( 锥体棱镜) 角度误差/综合波差测量*
*注: 部分测量需要另配特殊夹具和软件。

图2 菲索型激光干涉仪主机光学原理图
2 仪器主要技术指标
2.1 电源: 220V / 50Hz
2.2 光源: He-Ne激光器, λ=632.8nm
2.3 口径: Φ150mm
2.4 光学质量: λ/10( 平面系统, 95%口径, P-V) *
2.5 干涉图放大: 1～5×, 无级变倍
2.6 输出: 标准视频信号, 可为图像采集卡直接接收
2.7 光路切换: 调整( 十字叉丝) 与测试( 干涉图) 之间为电控切换
2.8 CCD摄像机: 高分辨力、 高灵敏度、 低噪声CCD

*注1: 光学质量主要由标准参考平晶确定。本仪器标准参考平晶质量符合1级平晶要求( GB28- 平晶检定规程) , 如有变化, 请以合同约定为准。
*注2: 标准参考平晶是在仪器中的状态是环形支撑, 在设计、 加工中我们已经考虑了自重造成的弹性变形因素。如需要取下后在其它状态下检测, 请考虑加上该因素。
*注3: 与标准参考平晶配正确反射平晶, 是在70％口径左右的环形支撑, 自重变形不大。但在长期存放时, 请保持工作面向上的状态。
3.仪器的连接
本干涉仪的电器控制部分已经装载与干涉仪后部。如图3所示, 仪器后部具有220V电源接口、 与计算机的通讯连接接口、 两个视频输出接口( 一个接计算机内插的图像采集卡、 另一个接视频监视器) 。

图3 干涉仪后部视图( 接口与稳频激光器电源)
3 仪器操作使用方法
3.1 开机
本仪器各部件没有特定的开机顺序, 但应该依次打开, 不能由电源插座一次全部打开, 以防电流冲击造成电气损坏。
一般需要在开机后20分钟后再开始测试, 因为He-Ne激光器的模式稳定需要一定的时间。刚开机时我们会发现干涉条纹在不停的漂移, 有时激光器出现双模时还会使干涉图对比度下降。
如果选用的是稳频激光器, 还能够经过调整电流设置点, 来增加干涉条纹的对比度。

3.2 光路切换
光路切换是使仪器在调整( 对点) 状态和测试( 干涉图) 状态之间切换, 有三个办法能够进行切换:
l 干涉仪遥控盒的面板上, 有切换开关( Marc系统, 图4) ;
l 在干涉仪上, 有切换开关( 图5) ;
l 计算机上, 软件操作界面右边的软面板上, 有一个转换按钮( Hi－Marc系统, 见软件说明书) 。
处于调整状态时, 在监视器上可看到十字叉丝、 参考反射镜和测试反射镜等的反射光点。当光路中放置被测件时, 也能够看到它的各个表面的反射光点。

图5 干涉仪的切换开关( 门内左上方)
处于测试状态时, 能够看到参考反射镜的整个光斑, 如果测试反射镜或被测样品调整正确, 则能够看到干涉条纹, 并可经过条纹获得所需要的测试结果。

图4干涉仪遥控器

3.3 基本光路初调

图6调整旋钮位置示意图
经过切换开关, 进入调整( 对点) 光路, 在监视器上可看到十字叉丝和多个反射光点。调整标准参考反射镜使其基本平行于平台, 能够在屏幕上看到标准参考反射镜的反射光点。将调整到屏幕中央, 与十字叉丝中心重合, 则调整完成。

3.4 基本光路精调
经过切换开关, 回到测试( 干涉图) 光路, 微调调整标准参考反射镜, 使光斑无切割、 变形, 此时要注意不要出现杂光。

3.5 被测件调整
将被测件放置到两维调整平台上, 然后对其进行初调, 对准光点达到重合。经过切换开关, 回到测试( 干涉图) 光路, 监视器上可见到密集的干涉条纹。观察干涉条纹是否充满全口径, 如有切割, 则移动被测件, 然后重新进行初调, 使被测件全孔径出现在监视器上。最后微调左右与俯仰二个调整螺杆, 使得视场中看到的干涉条纹少于六条。
l 干涉条纹按判读方式不同而不同, 如果是目视观察, 则3～4条最好, 而且至少要在条纹的两个方向进行观察; 如果是进行移相采样, 则条纹越少越好, 条纹越少则波面复原的理论精度越高。
l 在微调时, 请关好测试空间的门, 防止气流等的干扰。

3.6 测试孔径调整
如果需要测试小于Φ150mm的样品, 能够进行干涉图放大。控制面板上有控制倍率开关, 可使被测件在监视器上的图像无级放大缩小, 放大倍率为1×～5×。改变倍率后, 应使被测件的干涉条纹尽量充满监视器。

3.7 干涉图清晰度调节
在控制面板上, 有干涉图调焦+-按钮, 能够调节干涉图的清晰。

3.8 干涉图光强调节
使用控制面板上的光强+-按钮, 是对光路中的光阑进行硬件调节, 一般情况下, 对于放大测试小口径的样品, 必须调大光圈, 当进行1×全孔径测试时, 将光阑调小, 能够避免CCD出现饱和现象。
在与移相干涉软件联用时, 光阑硬件调节应优先于软件的图像采集光强调节。

3.9 干涉图的判读
在目视情况下, 能够经过干涉图能够进行光圈、 局部光圈的判读。作为一种等厚干涉仪, 其干涉条纹判读方法根据GB2813-81, 按如下步骤进行( 图7) :
① 调整干涉条纹的间隔, 使被检区域出现3条或5条干涉条纹;
② 光圈的数目N, 由经过直径的最大弯曲量b与条纹间隔a的比值确定, 即;
③局部光圈数目△N, 由条纹的不规则程度c, 与条纹间隔a的比值确定( 图8) 。

图8 干涉条纹判读示例——局部光圈

图7 干涉条纹判读示例
5 使用中的环境影响
特别提示: 玻璃材料的标准参考平面容易受到温度因素的影响, 石英材料的标准参考平面则要稳定的多。

5.1 温度与温度梯度
温度在干涉测量中是一个绝对重要的因素, 如需要获得高精度的测量结果, 最好要保证达到国标《JJG28- 平晶检定规程》的要求。本系统的光学质量是在20℃±1℃、 温度梯度小于0.1℃/h的条件下获得的。主要的原因是光学玻璃受热变形将产生光学表面光圈的变化, 温度不稳定将直接影响测量精度的可靠性。

5.2 恒温时间
在仪器进行高精度测量前, 必须有一个恒温时间, 以保证内部的温度平衡。一般情况下( 温差±5℃以内) , 建议恒温12小时以上; 如起始温度离标准温度( 20℃) 较远, 则必须恒温24～36小时。
样品如果是由外界进入工作室的, 也必须有一个恒温时间, 以保证样品内部的温度均匀。根据样品大小和温差, 一般需要4～24小时。当样品放入干涉室内后, 还需要再恒温5～20分钟, 以待气流平衡, 也使样品与干涉仪的温度一致起来。
5.3 外界温度的影响
操作人员在检测样品时, 长时间靠近仪器观察, 人体的温度必使仪器四周温度引起变化而传入样品与测试反射镜, 引起干涉条纹变形。如果样品是用手拿的, 则能够明显看到边缘的干涉条纹弯曲。因此要避免用手直接拿取被测样品, 或进行更长时间的恒温。
另外, 也必须严格控制检验室内的工作人数。

5.4 气流
气流将造成干涉条纹的不规则扰动, 必须避免。如果温度的空间梯度大, 也会产生明显的气流影响。
建议将仪器需放在温差小, 温度空间梯度也小的环境之中, 有条件最好在恒温室内再布置一个小房间, 以减少外界温度的变化影响。

5.5 防震
震动可能由很多原因产生: 支撑不够刚性的地板、 声波、 其它设备( 风扇、 空调等) 、 人的活动等等。震动是最难控制的环境问题。理论上, 最好是将仪器放在一块混凝土浇注的地基上使用, 这样会大大衰减大幅的震动。小幅的震动, 例如由人员活动造成的震动, 能够经过防震系统隔离。
干涉仪在设计时, 对仪器结构本身的防震已经做过一定的考虑, 但作为非共光路的泰曼型干涉仪, 对震动比菲索型干涉仪要敏感一些。因此需要工作场地的地面结实牢固, 并远离机床等强振动源。
震动还能够从电缆传到主机。因而布线时应注意不要接触可能的震动源, 也不要经过可能被碰到的地方。不要将键盘, 鼠标, 或任何带有可移动部件的设备放置在仪器上。
6 安全
本仪器发射的只有可见红光, 无不可见的光辐射。仪器内置激光器的输出及自仪器的辐射输出是很低的。即使使用透镜聚焦, 辐射也不会产生烧灼现象。然而, 依然需要注意仪器输出的激光。虽然它不能伤害皮肤, 但你必须注意保护你的眼睛。不要直视光束或凝视它的明亮反射点。
本仪器的电源线中包括一根保护接地线。它与交流电源中的地线相连。交流电源提供的地线必须是永久良好接地的。
仪器内部有220V和激光器的高压电源, 如需要打开盖子维护, 务请拔掉电源, 并由专业人士进行。
7 保管
干涉仪应避免安置在灰尘较大的地方, 在不进行测量时应盖上外罩。
如较长时间不使用, 干涉仪应保存在湿度不大于60%的环境下, 并定期开启电源, 以保证电器系统( 特别是激光器) 的稳定可靠。
8 文档
合格证
说明书

9 常见问题及解决方法
9.1 开机无显示
按下述步骤检查:
l 检查电源是否接好, 电压是否正常
l 开关是否已经打开
l 检查相关电源接口上的保险丝
l 检查干涉仪中是否有红色激光输出
l 检查视频电缆
l 检查视频监视器的亮度、 对比度调节情况
上述检查基本能够确定故障发生位置, 如用户自己无法解决, 请联系生产者。
9.2 视场不完整
主要的问题可能是标准参考反射镜的位置发生了微小的变化, 请仔细微调。如无法解决, 则需要由专业人士打开仪器盖子来调整内部光路。

9.3 干涉图亮度不均匀
由于激光为高斯光束, 因此存在中间亮, 周围暗的情形。一般情况下, 移相干涉的算法与光强均匀性无关。如果视场中的光强中心偏离太多的话, 干涉条纹粗细变化明显, 容易造成干涉条纹不清晰, 目视判读困难, 则需要由专业人士调整内部光路, 使激光光束均匀地照射扩束镜。

9.4 激光管老化:
激光管在使用一定时间后, 光亮度会减弱, 同时会出现忽亮忽暗现象, 此时看到的条纹也是不清晰的, 换一根管子即能排除此毛病。

9.5 光学件清洁:
如样品工作面没有擦干净, 或反射镜面上出现霉斑, 以及扩束镜沾上灰尘等, 都会影响干涉条纹的清晰度, 或在干涉图上出现脏点( 斑) , 因此, 在定期清洁各光学件是有益的。

9.6 建议的清洁程序
! 警告!
l 在使用酒精、 乙醚和甲醇等物质时必须小心, 它们都是易燃物, 而且有毒。
l 不要重复使用清洁擦镜纸, 重复使用会导致污物附着, 损坏光学器件。
l 在清洁光学器件前, 从手指上, 手腕上取下戒指等首饰, 仔细洗手以去除皮肤油脂, 而且戴上手套。
l 进行清洁工作时的擦拭动作一定要轻柔, 避免划伤表面。
l 如没有把握, 需请教专业人士。
污染
步骤
灰尘或细微污物
1． 用喷头吹去松动的小的部分。
2． 如果灰尘仍存在, 在木签上绕上两张擦镜纸或折叠一张擦镜纸, 让它正好比要清洁部分宽一些。
3． 在擦镜纸上滴上乙醇或甲醇。
4． 用它在一个方向上擦拭透镜一遍。如果还需要擦拭, 则要使用新的木签和擦镜纸。
指印, 油渍和水痕
注意: 这种情况必须立即清洁表面。皮肤上的酸性物质会损伤透镜表面。
1． 用喷头吹去松动的小的部分。
2． 如果灰尘仍存在, 在木签上绕上两张擦镜纸或折叠一张擦镜纸, 让它正好比要清洁部分宽一些。
3． 在擦镜纸上滴上1%的肥皂液。
4． 自一个方向擦拭透镜一次。如果还需要擦拭, 则要使用新的木签和擦镜纸。
5． 重复2至4步。但使用蒸馏水浸润的擦镜纸, 以便擦去残留的肥皂液。
6． 再重复2至4步, 使用甲醇或乙醇浸润擦镜纸。

9.7 维修
如仪器出现的问题用户没有把握, 务请先与生产者联系, 请勿私自打开检修。