Исследование полированных поверхностей оптических деталей

Цель работы:

· определить величину и вид общей ошибки рабочих поверхностей оптических деталей.

Используемое оборудование:

· пробное стекло.

· образцы для измерения: призмы, плоскопараллельные пластины.

Теоретическая часть

Отклонение радиуса кривизны от заданного по всей поверхности детали называется общей ошибкой, которая определяется числом колец одного цвета и обозначается N.

Для определения общей ошибки на исследуемую поверхность накладывают пробное стекло, радиус кривизны которого равен заданному. Если радиус кривизны детали не равен радиусу кривизны пробного стекла, то между деталью и пробным стеклом возникает клиновидный зазор, величина которого сравнима с длиной волны видимого света. Падающий луч частично отражается от рабочей поверхности пробного стекла, частично проходит через воздушный зазор и отражается от рабочей поверхности детали. Если разность хода лучей составляет целое число длин волн падающего излучения, то при сложении таких лучей происходит усиление излучения, в противном случае – ослабление. Таким образом, величина общей ошибки в одно кольцо соответствует величине зазора, равной половине длины волны падающего света.

Вид общей ошибки «бугор» или «яма» - определяют путем нажатия на центр пробного стекла. Если кольца смещаются к центру, то общая ошибка «яма», если разбегаются от центра, то «бугор».

 

Порядок выполнения работы

1. На исследуемую поверхность накладывают пробное стекло. Перед наложением пробного стекла на деталь обе поверхности должны быть тщательно очищены. Для этого их протирают салфеткой, смоченной в спирте или ацетоне, или же протирают рабочую поверхность, увлажненную дыханием, сухой салфеткой.

2. Определить число колец одного цвета. Величину общей ошибки занести в таблицу 1.

3. Нажав на центр пробного стекла, определить вид общей ошибки «бугор» или «яма». Вид общей ошибки занести в таблицу 1.

4. Определить величину и вид общей ошибки всех рабочих поверхностей оптической детали, результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1. Величина и вид общих ошибок рабочих поверхностей оптической детали

№ поверхности	величина ошибки N	вид ошибки

Содержание отчета:

1. Номер и название работы.

2. Цель работы.

3. Перечень используемого оборудования.

4. Таблица №1. Величина и вид общих ошибок рабочих поверхностей оптической детали.

5. Рисунки, иллюстрирующие контроль величины и вида общей ошибки первой поверхности.

6. Вывод о проделанной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

Определение показателя преломления

Оптического стекла

Цель работы:

· с помощью микроскопа измерить показа­тель преломления исследуемой пластинки (стеклянной плоскопараллельной) и определить тип оптического стекла.

Используемое оборудование:

· микроскоп биологический стереоскопический МБС-9, штангенциркуль с глубиномером.

· образцы для измерения: плоскопараллельная стеклянная пластинка.

Теоретическая часть

На рисунке 1 изображена исследуемая пластинка, расположенная под объективом микроскопа. Если лучи 1 и 2 выходят из объектива и схо­дят­ся в точке А (рис. 1а), то наблюдатель видит верхнюю плоскость пласти­ны (1-угол падения). Для наблюдения нижней плоскости (рис. 1б) объектив следует опустить на такую величину d_о, чтобы лучи 1 и 2 после прелом­ления в точках B и C сошлись на нижней плоскости пластины в точке E (1’ - угол преломления). Величина d_о называется оптической толщиной пластинки. Через d обозначена ее геометрическая толщина. На основании закона преломления показатель преломления исследуемой пластинки равен:

n = sin (i) / sin (i’) (1)

Рассматривая лучи, близкие к оптической оси (в этом случае углы падения малы), синусы можно заменить тангенсами:

n = tg (i) / tg (i’) (2)

Из треугольников ABD и ABE следует:

Tg (i) =AB/AD; Tg (i’) =AB/ AE (3)

Подставляя значения формул (3) в формулу (2), получим:

n = (AB/AD) / (AB/AE) =AE/AD (4)

 

 

Поскольку AE = d, а AD = d_о,

n = d / d_о (5)

Таким образом, показатель преломления исследуемой пластинки равен отношению геометрической толщины пластинки d к оптической толщине d_о.

 

а) б)

Рис. 1

 

Рис. 2 – Конструкция микроскопа

 

1 - основание;

2 - рукоятка поворотного зеркала;

3 - предметное стекло;

4 - головка с объективом;

5 - рукоятка смены увеличения;

6 - рукоятка фокусировки;

7 - штатив (в нем перемещается направляющая типа «ласточкин хвост»);

8 - бинокулярная насадка с окулярами.

Порядок выполнения работы

1. На предметное стекло 3 (рис. 2) положить исследуемую пластинку так, чтобы перекрестие красного креста находилось на верхней плоскости.

2. Раздвинуть окуляры бинокулярной насадки 8 на величину базового межзрачкового расстояния.

3. Наблюдая в окуляры и вращая рукоятку 2 поворотного зеркала, добиться максимальной освещенности поля зрения.

4. Вращая рукоятку фокусировки 6, поднять головку микроскопа 4 в крайнее верхнее положение.

5. Наблюдая в окуляры, медленно опустить головку микроскопа до резкого видения перекрестия красного цвета.

6. С помощью штангенциркуля измерить величину, на которую выступает «ласточкин хвост» из штатива микроскопа.

7. Полученную величину «а» записать в таблицу 1.

8. Не меняя положения пластины, опустить головку микроскопа до резкого видения перекрестия синего цвета.

9. Вновь измерить величину, на которую выступает «ласточкин хвост» из штатива микроскопа.

10. Полученную величину «b» записать в таблицу 1.

11. Снять пластинку со столика (при снятии пластинки изображение синего цвета становится нерезким).

12. Наблюдая в окуляры, опустить головку микроскопа до резкого видения перекрестия синего цвета.

13. Измерить расстояния между торцом направляющей типа «ласточкин хвост» и штативом микроскопа.

14. Полученную величину «c» записать в таблицу 1.

15. Установить на предметное стекло исследуемую пластинку и повторить измерения по методике с пункта 5.

16. Каждому учащемуся произвести по 3 измерения величин «a», «b», «c».

Таблица 1

№ п\п	а, мм	b, мм	с, мм	dо = a+b, мм	d = a+c, мм

 

17. Определить средние арифметические значения:

d_{о ср}=(d_о1+d_о2+d_о3)/3

d_ср=(d₁+d₂+d₃)/3

18. По формуле:

n=d_ср/d_{о ср}

определить показатель преломления исследуемой плоскопараллельной пластинки (вычисления производить до второго знака после запятой).

Содержание отчета:

1. Номер и название работы.

2. Цель работы.

3. Перечень используемого оборудования.

4. Сравнив полученное значение показателя преломления n с данными, приведенными в таблице 2 указать, к какому типу оптических стекол относится исследуемая пластинка.

Таблица 2

Тип стекла	Диапазон измерения показателя преломления n
ЛК К БК ТК СТК Ф	1.44 - 1.48 1.49 - 1.52 1.53 - 1.55 1.56 - 1.59 1.60 - 1.69 1.70 – 1.80

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

Исследование пузырности оптического стекла для определения соответствия действующим стандартам

Цель работы:

· определить категорию и класс пузырности оптического стекла.

Используемое оборудование:

· линейка измерительная, микроскоп МБС-9.

· образцы для измерения: исследуемое оптическое стекло.

Теоретическая часть

Контроль пузырности стекла осуществляется на микроскопе в соответствии с ГОСТ 3522-81. По величине диаметра пузырей оптическое стекло согласно ГОСТ 3514-76 делят на 11 категорий (таблица 1). Категорию пузырности определяют диаметром наибольшего допустимого пузыря. За диаметр пузыря удлинённой формы принимают размер, полученный как среднее арифметическое длин его наибольшей и наименьшей осей.

 

Таблица 1. Категории оптического стекла по пузырности

Категория	Диаметр наибольшего пузыря в заготовке	Категория	Диаметр наибольшего пузыря в заготовке
	0,002		0,7
1а	0,05		1,0
	0,1		2,0
	0,2		3,0
	0,3		5,0
	0,5

 

По допускаемому количеству пузырей в 1 кг стекла, последнее делят на шесть классов (таблица 2).

 

Таблица 2. Классы оптического стекла по пузырности

Класс	Среднее число пузырей диаметром более 0,03 мм в 1 кг стекла, шт.
А
Б
В
Г
Д
Е

 

Порядок выполнения работы

1. Определить массу образца по формуле:

m = V×ρ

где V – объём образца в м³; ρ – плотность стекла (2,5 × 10³ кг/м³).

2. Установить минимальное увеличение объектива микроскопа.

3. Перемещая головку микроскопа вдоль оптической оси, просмотреть образец по всему объёму, выбрать наибольший из имеющихся в образце пузырей и привести его в поле зрения окуляра (рис. 1).

 

наибольший

 

Рис. 1

4. Сменить увеличение объектива на максимальное и измерить диаметр пузыря. Данные занести в таблицу 3 (Наибольший размер пузыря в делениях окулярной шкалы).

Таблица 3

Цена деления окулярной шкалы, мм	Наибольший размер пузыря в делениях окулярной шкалы	Наибольший размер пузыря в мм

 

5. Самостоятельно определить цену деления окулярной шкалы. Для этого на предметный столик микроскопа надо положить прозрачную школьную линейку, в поле зрения совместить край линейки с окулярной шкалой и подсчитать, сколько делений окулярной шкалы «А» приходится на 1 мм.

На рис. 2 приведены примеры правильного «а» и неправильного «б» подсчёта числа делений. Цена деления окулярной шкалы равна 1/А. Например, если в 1 мм помещается 20 делений окулярной шкалы, то цена деления равна 1/20 = 0,05 мм.

Данные занести в таблицу 3 (Цена деления окулярной шкалы, мм).

 

а) б)

Рис. 2

6. Зная наибольший размер пузыря в делениях сетки окулярной шкалы и цену деления окулярной шкалы в мм, можно определить наибольший размер пузыря в мм. Данные занести в таблицу 3 (наибольший размер пузыря, мм).

7. Наблюдая в микроскоп, подсчитать общее количество пузырей диаметром более 0,3 мм, находящихся в исследуемом образце.

8. Зная массу образца и количество пузырей в нём, пересчитать число пузырей, приходящееся на 1 кг стекла.

 

Содержание отчета:

1. Номер и название работы.

2. Цель работы.

3. Перечень используемого оборудования.

4. Результаты измерений наибольший из имеющихся в образце пузырей в виде таблицы №3.

5. Расчёт количества пузырей в образце, и пересчёт числа пузырей, приходящихся на 1 кг стекла в свободном виде.

6. Рисунок образца с ориентировочным расположением в нём пузырей.

7. Сравнивая полученные данные с табличными, определить категорию и класс исследуемого стекла.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2