Напълно автоматичният сферичен уред за измерване на диаметъра е оптично устройство за проверка, използвано за високо-прецизно измерване на радиуса на кривината, фокусното разстояние и грешката на сферичността на сферични повърхности (изпъкнали/вдлъбнати повърхности). Неговият основен принцип е съсредоточен около два основни модула: „картографиране на оптични параметри“ и „автоматизирано прецизно управление“, които могат да бъдат конкретно разделени на три ключови връзки:
1. Основен принцип на оптично откриване: обратно приспадане на параметри на базата на геометрична оптика и интерференционни ефекти
Ядрото се крие в конструирането на „известен оптичен път“ през оптична система, като се използват характеристиките на отражение/пречупване на измерената сферична повърхност за преобразуване на „сферични геометрични параметри (като радиус на кривина)“ в „измерими оптични сигнали (като позиция на петна, интерферентни ивици)“ и след това извеждане на целевите параметри чрез математически модел. Основните технически пътища са разделени на две категории:
Метод на автоколимация (подходящ за бързо измерване със средна и ниска точност)
Дизайн на оптичен път: Паралелната светлина, излъчвана от колимиращия светлинен източник (като He-Ne лазер), се отразява от разделителя на лъча и след това пада перпендикулярно върху сферичната повърхност, която трябва да се измери.
Генериране на сигнал: Ако паралелна светлина пада върху изпъкнала сферична повърхност, отразената светлина ще се събира в "центъра на кривината" на повърхността. Когато пада върху вдлъбната сферична повърхност, отразената светлина се разминава, за да образува виртуален фокус (еквивалентен на излъчване от центъра на кривината).
Изчисляване на параметрите Устройството улавя позицията на фокусната точка на отразената светлина чрез високо-прецизен CCD сензор за изображения. Чрез комбиниране на разликата в разстоянието между „референтната равнина (като фокалната равнина на колимиращата леща, вградена в инструмента)“ и „фокусната точка“ и заместването й във формулата R=2×(L - f₀) (където R е радиусът на кривината, L е измереното разстояние и f₀ е фокусното разстояние на колимиращата леща), радиусът на кривината се извежда директно.
Интерферометрия (подходяща за високо{0}}прецизно откриване, с точност от ±0,1 μm)
Проектиране на оптичен път: Оптичният път на интерференция на Майкелсън е приет, за да раздели колимирания източник на светлина на два лъча - единият лъч пада върху „огледалото на референтната равнина“ (стандартна равнина), а другият лъч пада върху „измерената сферична повърхност“. След като двата отразени светлинни лъча се рекомбинират, се образуват „интерферентни ивици с еднаква-дебелина“ поради оптичната разлика в пътя.
Анализ на сигнала: Промените в кривината на сферичната повърхност ще доведат до промени във „формата (като кръгла или елипсовидна)“ и „разстоянието“ на интерферентните ивици - ако кривината на сферичната повърхност е еднородна, ивиците ще бъдат концентрични кръгове. Ако има грешка в сферичността (като локални издатини/вдлъбнатини), ивиците ще се изместят или деформират.
Изчисляване на параметрите Софтуерът автоматично идентифицира централната позиция на интерферентните ивици и разстоянието между ивиците. В комбинация с дължината на вълната (като дължината на вълната на лазера от 632,8 nm), оптичната разлика в пътя се извлича чрез „разликата в реда на ресните“ и след това се преобразува в радиуса на кривината и грешката на сферичната степен. Ядрото на извеждането на формулата се основава на оптичната разлика в пътя=2×Δh=k×λ (Δh е разликата във височината между сферичната повърхност и референтната повърхност). k представлява реда на ръбовете и λ представлява дължината на вълната на източника на светлина.
2. Модул за автоматизация: Елиминиране на ръчни грешки и постигане на прецизен контрол през целия процес
За разлика от ограниченията на ръчните уреди за измерване на диаметъра на сачмата, които разчитат на ръчно фокусиране и отчитане, напълно автоматичните уреди за измерване на диаметъра на сачмата постигат компенсация на грешките и автоматизация на процеса чрез „мехатронно управление“. Основните технологии включват три точки:
Автоматично подравняване и фокусиране
Оборудван с "прецизни електрически водещи релси" (повтаряне на точността на позициониране По-малка или равна на 0,05 μm) и "лазерни сензори за изместване", той може автоматично да регулира относителната позиция между измерената сферична повърхност и оптичната система, за да гарантира, че падащата светлина е перпендикулярна на върха на сферичната повърхност (избягвайки грешки в измерването, причинени от отклонения на падащия ъгъл).
Системата за автоматично -фокусиране събира яснотата на светлинното петно в реално време чрез CCD и автоматично настройва фокусното разстояние на обектива въз основа на „алгоритъма за рязкост на ръбовете“, така че точката на фокусиране на отразената светлина да е върху оптималната изобразяваща повърхност на сензора. Точността на фокусиране може да достигне ±0,01μm.
Автоматично събиране и анализ на данни
Не е необходимо ръчно четене: CCD сензорът събира оптични сигнали с предварително зададена честота (като 10 кадъра в секунда), а софтуерът автоматично филтрира шума (като смущения от околната светлина) и извлича ефективни сигнали (като профили на интерференция, координати на фокусна точка).
Изчисление и калибриране в-реално време: Вграден-в „база данни със стандартни топки“ (като кварцови стандартни топки с известен радиус на кривина), автоматично извиква стандартните топки за „калибриране на систематична грешка“ (компенсиране на грешки като хлабина на водещата релса и отместване на оптичния път) преди измерване и въвежда параметрите за калибриране по време на измерването, за да гарантира точността на данните.
Изход за свързване на много-параметри
Едно измерване може едновременно да извежда параметри като „радиус на кривина (R), фокусно разстояние (f, въз основа на формулата f=R/(n-1), където n е индексът на пречупване на материала), грешка на сферичността и дебелина на върха“, без да е необходимо да превключвате режимите на измерване многократно.
Поддържа автоматично експортиране на данни (като в Excel и CAD формати) и генерира "доклади за анализ на грешки" (като модели на интерференционни ивици и криви на разпределение на кривината), отговаряйки на изискванията за проследяване на качеството на производството на оптични компоненти.
3. Основен принцип на предимство: Защо превъзхожда ръчното оборудване?
Неговите предимства в прецизността и ефективността произтичат от "контрол на грешките на принципно ниво":
Избягвайте грешки при ръчно фокусиране: Ръчните устройства разчитат на човешките очи, за да определят точката на фокусиране, с грешка до ±5 μm, докато напълно автоматичните устройства прецизно позиционират чрез алгоритми, намалявайки грешката до ±0,01 μm.
Елиминирайте смущенията от околната среда: Вграден-модул за постоянна температура (точност на контрол на температурата ±0,1) компенсира термичното разширение и свиване на материалите, а автоматизираният затворен дизайн на оптичния път намалява влиянието на въздушния поток и вибрациите върху оптичния път.
Подобряване на повторяемостта: грешката на повторяемостта на ръчното измерване обикновено е по-голяма от 0,5%, докато напълно автоматичното оборудване, чрез стандартизирани процеси, може да контролира грешката на повторяемостта в рамките на по-малко от 0,05%.
