2. Контроль параметров оптических деталей

2.1. Контролируемые параметры

К параметрам, которые обычно контролируются в процессе изготовления деталей, а также проверяются в лабораториях и ОТК, относятся

• габаритные размеры (толщина, диаметр, длина, ширина и т. п.),

• радиусы кривизны, фокусные расстояния и фокусные отрезки,

• углы призм, клиньев и фасок,

• форма и чистота поверхностей,

• децентрирование, непараллельность образующих цилиндрических линз.

Для измерения габаритных и некоторых других размеров обычно используют приборы и устройства общепромышленного назначения. К ним, в частности, относятся микрометры, штангенциркули, индикаторы и т. д. Типы и параметры таких приборов и устройств, как правило, определены соответствующими стандартами. В связи с этим в справочнике принцип действия их не описывается. Для них приводятся только такие сведения, как пределы и точность измерения, измерительное усилие и т. п. Эти сведения облегчат читателю работу по выбору необходимого типа измерительного инструмента.

Кроме приборов стандартного типа предприятия оптической промышленности применяют специальные измерительные устройства, которые в силу специфики производства изготовляют небольшими партиями, а иногда в единичных экземплярах. Примером могут служить пробные стекла или компенсаторы. Их, как правило, используют для контроля качества поверхностей только одного и того же размера.

2.2. Методы и средства контроля формы шлифованных поверхностей

Контроль радиусов кривизны. Для проверки радиусов кривизны сферических поверхностей оптических деталей имеются различные способы и устройства. Большинство из них является контактными.

На стадии шлифования в качестве контрольных инструментов используют радиусные шаблоны, контрольные грибы и чашки, пробные стекла, сферометры. В оптическом производстве радиусные шаблоны изготовляют парами – шаблон и контршаблон (обычно из стали или латуни). Параметр шероховатости измерительных поверхностей не должен превышать R_а = 0,5: твердость должна лежать в пределах 37 – 52 HRC_э. Радиусы кривизны – по 8-му квалитету точности (h8 для выпуклых и Н8 для вогнутых). При совмещении шаблона и контршаблона их измерительные поверхности должны совпадать без заметного глазом просвета. На рис. 2.1. изображены шаблоны и контршаблоны для контроля радиусов (штриховой линией обозначено место маркировки).

Рис. 2.1. Шаблоны и контршаблоны для радиусов; а – от 0,5 до 5,0 мм; б – от 5 до 20 мм; в – свыше 20 мм

Рекомендуемые размеры даны в табл. 2.1. На нерабочие поверхности наносят защитные покрытия.

Таблица 2.1

Размеры шаблонов и контршаблонов, мм

R	L	H	h	l	K	t	a
Св. 15 до 30	70	45	R	2R	R	2,0	10
Св. 30 до 45	100	55	R	2R	R	2,0	10
Св. 45 до 60	130	70	R	2R	Я	2,5	15
Св. 60 до 90	160	70	50		50	2,5	20

Окончание табл. 2.1

Св. 90 до 120	180	50	35		50	2,5	20
Св. 30 до 250	200	50	35		45	3,0	20
Св. 250 до 500	300	45		300	45	3,0	20
Св. 500 до 1000	300	40		300	40	3,0	25

Если при наложении шаблона на проверяемую поверхность наблюдается просвет А, то отступление ΔR радиуса кривизны проверяемой поверхности от радиуса кривизны шаблона определяется по формуле

(2.1)

где ℓ — длина хорды, на которой наблюдается просвет (опытный наблюдатель может заметить наличие просвета А = 2 + 3 мкм), отсюда ΔR = 8(2 + 3)(R/ℓ)² мкм.

Проверка радиусов кривизны с помощью наложения (притирки) контрольных грибов и чашек, а также пробного стекла является качественной. Перед проверкой пробное стекло или проверяемая поверхность слегка увлажняется с помощью губки или выдыхаемого контролером воздуха. Затем проверяемая деталь слегка притирается к грибу, чашке или пробному стеклу. О наличии разности радиусов судят по размеру темного следа контакта (притертости).

Ш

Рис. 2.2. Кольцевой контактный сферометр

ирокое применение в оптическом производстве получили кольцевые контактные сферометры. Принцип их действия состоит в следующем (рис. 2.2). На проверяемую деталь 1 накладывают кольцо 2, диаметр рабочей кромки которого 2r известен с высокой точностью. Во втулке кольца помещен стержень измерительного прибора 3. С его помощью определяется высота h шарового сегмента, основанием которого служит плоскость рабочей кромки кольца. Радиус R проверяемой поверхности определяют по формуле

. (2.2)

Имеется два типа сферометров. Один из них позволяет получать непосредственные значения h, с помощью другого определяется разность Δh между высотой h₁ сегмента, принятого за образец, и высотой h₂ проверяемого сегмента. Промышленностью освоено производство двух видов сферометров: настольные (ИЗС-7 и ИЗС-11) и накладные (ИЗС-8 и ИЗС-9).

Настольные сферометры обычно используют в лабораториях и ОТК. С их помощью измеряют радиусы кривизны уже изготовленных пар пробных стекол и одиночных линз. Проверяемую деталь накладывают на прибор, который измеряет значение h. Накладные сферометры используют для измерения на рабочем месте. Их накладывают непосредственно на измеряемую деталь. Чтобы не повредить поверхность, операция измерения обычно выполняется на стадии шлифования. Технические характеристики сферометров приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Технические характеристики сферометров

Параметр	Сферометр
	Настольный		Накладной
	ИЭС-7	ИЗС-П	ИЗС-8	ИЗС-9
Диапазон измерения радиусов кривизны сферических поверхностей, ми	10-1000	10-500	80-40000	80-40000
Предел измерения стрелки шарового сегмента, мм	±16	±15	±16	±1,0
Цена наименьшего деления шкалы, мм:
сферометра	1,	-	1	-
отсчетного устройства	0,001	0,0005	0,001	0,001
Измерительное усилие, Н	0,5±0,15	0,5±0,04	1,8±0.5	1,8±0,5

На практике используют сферометры с различными конструкциями калиброванных колец: со сплошной ленточной ножевидной кромкой, с фаской, с шариковыми опорами. Измеряемый радиус R при использовании колец с шариковыми опорами вычисляют по формуле

, (2.3)

где р — радиус кривизны шаровой опоры; знаки «+», «-» используются при вычислении радиусов кривизны соответственно вогнутой и выпуклой поверхностей.

Измерения на ИЗС-11 проводят в полуавтоматическом режиме. Обработка измерительной информации и вычисление радиусов кривизны по измеренным стрелкам осуществляется в программе устройства управления и обработки информации.