«УТВЕРЖДАЮ»

Главный инженер

________________Белоусов С.П.

«______»______________2006г

Методика

измерения формы рабочей поверхности

ГЗ БТА

Главный оптик

________________Абдулкадыров М.А.

«______»______________2006г

Зам. главного оптика

________________Игнатов А.И.

«______»______________2006г

Начальник КТБ-1

________________Шаров Ю.А.

«______»______________2006г

Инженер - технолог

________________Миронова Г.Н.

«______»______________2006г

Настоящая методика определяет порядок, состав оборудования и условия проведения измерений при контроле поверхности ГЗ БТА.

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

   1. Контроль отступления рабочей поверхности ГЗ от заданного уравнения формы производится интерферометрическим компенсационным методом.

   2. При контроле измеряются отступления формы волнового фронта, отраженного от поверхности ГЗ.

   3. Качество изготовления поверхности ГЗ характеризуется среднеквадратической ошибкой волнового фронта, отраженного от контролируемой поверхности.

   4. С помощью ПК обработка и анализ интерферограмм производятся по программам MIRROR, INTERF 4.0, AD2.

2. СХЕМА КОНТРОЛЯ

1. При интерференционном методе используется компенсатор волнового фронта.

2. Компенсатор волнового фронта предназначен для преобразования плоского волнового фронта в асферический, распространяющийся в направлении нормалей к рабочей поверхности контролируемого зеркала (см. рис.1)

Рис. 1

1 - компенсатор, 2 - контролируемое зеркало

3. Оптическая схема контроля ГЗ с использованием неравноплечего интерферометра Тваймана-Грина приведена на рис.2

4. Для контроля ГЗ реализуется горизонтальная схема, представленная на рис.3

5. Интерферограммы обрабатываются на ПК, с использованием программы MIRROR. Апроксимация результатов измерений производится полиномиальными функциями с помощью метода наименьших квадратов. Интегральной оценкой качества формы рабочей поверхности ГЗ является среднеквадратическая ошибка формы отраженного волнового фронта.

Рис. 2

Схема контроля АП

1 – лазер, 2 – коллимирующая система, 3 – светоделительная пластина, 4 – плоское эталонное зеркало, 5 – компенсатор, 6 – контролируемое зеркало, 7 – объектив сопряжения, 8 – узел регистрации.

Рис. 3

Горизонтальная схема контроля

1 – интерферометр, 2 – контролируемое зеркало

3. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Для проведения контроля качества рабочей поверхности ГЗ служат средства измерений приведенные в таблице 1.

Таблица 1

4. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1. Температура окружающей среды - 22º ±2ºС.

Температурный градиент на трассе контроля не более 0,1ºС/м.

Скорость изменения температуры за все время контроля не более 0,1ºС/час.

4.2. Относительная влажность воздуха 65±15%.

4.3. Атмосферное давление 97…110кПа.

5. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИЗМЕРЕНИЙ

5.1. ГЗ БТА установлено в штатно-технологическую оправу на автоматизированном станке КУ-168, входящем в состав горизонтального стенда контроля.

5.2. Промыть рабочую поверхность ГЗ фильтрованной водой, при необходимости обезжирить контролируемую поверхность этиловым ректификованным техническим спиртом по ГОСТ 18300-72.

5.3. Закрепить на контролируемой поверхности несимметричные репера (см. рис.4).

Рис. 4

Произвести разворот планшайбы станка КУ-168 с закрепленной на ней штатно-технологической оправой на угол ~80º.

5.4. Установить вблизи центра кривизны ГЗ интерферометр (см. рис.3).

5.5. Произвести юстировку интерферометра согласно паспорта на данный прибор.

5.6. Произвести совмещение изображений контролируемого и эталонного зеркал в фокальной области объектива сопряжения 7 (см. рис.2).

5.7. Закрыть эталонную ветвь непрозрачным экраном.

5.8. Установить за интерферометром микроскоп таким образом, чтобы наблюдать в поле зрения светящуюся точку сформированную объективом 7 от контролируемого зеркала 6. (см. рис.2).

5.9. Используя юстировочные перемещения и заклоны интерферометра и блока диагонального зеркала устранить децентрировку, которая оценивается по виду изображения точки (см. рис.5).

а) Изображение с децентрировкой б) Изображение без децентрировки

Рис. 5

Вид изображения точки в фокальной области

5.10. Открыть эталонную ветвь и наблюдать в поле зрения бесконечно широкую или одну полосу.

5.11. Дать отстой не менее 48 часов.

6. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

6.1. Заклонами эталонного зеркала осуществить настройку интерферометра на картину в виде 40…45 интерференционных полос.

6.2. Зарегистрировать 4…5 серий из 10…20 интерференционных картин с различной ориентацией полос ПЗС-камерой.

6.3. Провести обработку зафиксированных серий интерферограмм по программам INTERF4.0 или AD2.

6.4. Провести усреднение результатов полученных по п.6.3. Результат измерения рабочей поверхности зеркала должен быть представлен в виде расчета регулярных ошибок, топографической карты волнового фронта, концентрации энергии и функции рассеяния точки (см. Приложение 1).

7. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ

7.1. Точность восстановления деформации волнового фронта ограничивается ошибками, связанными с непостоянством внешних условий (турбулентность воздуха, вибрации), погрешностями оператора при настройке интерферограмм, погрешностью системы разгрузки зеркала на позиции контроля и инструментальной погрешностью интерферометра. Первые три погрешности могут рассматриваться как случайные ошибки с нормальным законом распределения. Погрешность интерферометра является систематической ошибкой и не превышает θ = 0.01λ.

7.2. Оценка погрешности контроля качества зеркала, вызванная случайными ошибками, может быть произведена на основе метода наименьших квадратов.

7.2.1. Оценка дисперсии измерений отдельной интерферограммы σ_а производится по формуле:

(7.1)

где N – число измеренных точек на интерферограмме,

m – число коэффициентов в полиноме,

m = ( ℓ + 1) (ℓ + 2) / 2

ℓ – степень полинома,

ε_j – остаточная погрешность аппроксимации в j-той точке

7.2.2. Мерой погрешности восстановления деформации волнового фронта по отдельной интерферограмме является средняя дисперсия аппроксимации:

(7.2)

7.2.3. При обработке нескольких интерферограмм оценка погрешности восстановления волнового фронта производится согласно методам обработки неравноточных измерений.

7.2.4. Среднее значение деформаций волнового фронта ((x,y)) по результатам обработки n интерферограмм вычисляется следующим образом:

(7.3)

где n – число обработанных интерферограмм,

W_i – полином, полученный в результате обработки отдельной интерферограммы,

– усредненный полином, описывающий деформации волнового фронта,

P_i – вес отдельной интерферограммы.

(7.4)

(7.2`)

(7.1`)

7.2.5. Случайная погрешность восстановления волнового фронта по результатам обработки n интерферограмм равна:

(7.5)

где Q_i – среднее квадратическое значение разности отдельного и усредненного волновых фронтов.

(7.6)

где Ω – область интегрирования,

S – площадь зрачка.

7.2.6. Доверительные границы ε (без учета знака) случайной погрешности восстановления деформации волнового фронта оценивают согласно ГОСТ 8.207-76 по формуле:

(7.7)

где t – коэффициент Стьюдента, который зависит от доверительной вероятности Р и числа обработанных интерферограмм.

7.3. Граница погрешности восстановления деформации волнового фронта (без учета знака) определяется ГОСТ 8.207-76 по формуле:

(7.8)

где К – коэффициент, зависящий от соотношения случайной и неисключенной систематической погрешности,

- случайная погрешность восстановления волнового фронта.

Коэффициент К вычисляют по эмпирической формуле:

(7.9)

7.4. Границы общей погрешности определяют интервал (2Δ), в котором с установленной вероятностью (Р) находится восстановленная деформация волнового фронта.

Результат измерений при контроле качества зеркала представить в виде (ГОСТ8.011-72):

σ_изм ± Δ_ε ; Р

Измеренное значение среднего квадратического отклонения волнового фронта σ_изм, отраженного от зеркала, полученное по результатам обработки интерферограмм в соответствии с разделом 6 настоящей инструкции, не должно превышать указанное на чертеже.

8. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

8.1. Требования безопасности должны соответствовать п.4. ОСТ 3-6216-87.

8.2. Подготовку к измерениям проводить по действующим на предприятии инструкциям по эксплуатации и обслуживанию электротехнического оборудования.

Приложение 1

Рис. 6

Представление результатов обработки в виде расчета регулярных ошибок, топографической карты

Рис. 7

Представление результатов обработки в виде ФРТ, ФКЭ