Indicatorul de diametru sferic complet automat este un dispozitiv optic de inspecție utilizat pentru măsurarea de înaltă{0}}precizie a razei de curbură, a distanței focale și a erorii de sfericitate a suprafețelor sferice (suprafețe convexe/concave). Principiul său de bază este centrat în jurul a două module majore: „matarea parametrilor optici” și „controlul precis automatizat”, care pot fi împărțite în mod specific în trei legături cheie:
1. Principiul de bază al detectării optice: Deducerea inversă a parametrilor bazată pe optica geometrică și efectele de interferență
Miezul constă în construirea unei „căi optice cunoscute” printr-un sistem optic, utilizând caracteristicile de reflexie/refracție ale suprafeței sferice măsurate pentru a converti „parametrii geometrici sferici (cum ar fi raza de curbură)” în „semnale optice măsurabile (cum ar fi poziția spotului, franjuri de interferență)”, și apoi deducerea parametrilor țintă printr-un model matematic. Căile tehnice principale sunt împărțite în două categorii:
Metoda de autocolimare (adecvată pentru măsurarea rapidă de precizie medie și scăzută)
Proiectarea traseului optic: lumina paralelă emisă de sursa de lumină care colimează (cum ar fi laserul He-Ne) este reflectată de separatorul de fascicul și apoi incidentă perpendicular pe suprafața sferică de măsurat.
Generarea semnalului: Dacă lumina paralelă este incidentă pe o suprafață sferică convexă, lumina reflectată va converge în „centrul de curbură” al suprafeței. Când incidentă pe o suprafață sferică concavă, lumina reflectată diverge pentru a forma un focar virtual (echivalent cu a fi emisă din centrul de curbură).
Calculul parametrilor Dispozitivul captează poziția punctului de focalizare al luminii reflectate printr-un senzor de imagine CCD de{0}}înaltă precizie. Combinând diferența de distanță dintre „planul de referință (cum ar fi planul focal al lentilei de colimare încorporată în instrument)” și „punctul de focalizare”, și înlocuind-o în formula R=2×(L - f₀) (unde R este raza de curbură, L este distanța măsurată și f₀ este raza focală a curburii colimului direct în curbură),
Interferometrie (adecvată pentru detecția de{0}}înaltă precizie, cu o precizie de ±0,1μm)
Proiectarea căii optice: calea optică de interferență Michelson este adoptată pentru a împărți sursa de lumină colimată în două fascicule - un fascicul este incident pe „oglinda planului de referință” (planul standard), iar celălalt fascicul este incident pe „suprafața sferică măsurată”. După ce cele două fascicule de lumină reflectată se recombină, se formează „franjuri de interferență cu grosime-egale” din cauza diferenței de cale optică.
Analiza semnalului: modificări ale curburii suprafeței sferice vor cauza modificări ale „formei (cum ar fi circulare sau eliptice)” și „spațierii” franjelor de interferență - dacă curbura suprafeței sferice este uniformă, franjurile vor fi cercuri concentrice. Dacă există o eroare de sfericitate (cum ar fi proeminențe/depresiuni locale), dungile se vor deplasa sau deforma.
Calculul parametrilor Software-ul identifică automat poziția centrală a franjelor de interferență și distanța dintre franjuri. Combinată cu lungimea de undă (cum ar fi lungimea de undă laser de 632,8 nm), diferența de cale optică este derivată prin „diferența de ordine a marginilor” și apoi convertită în raza de curbură și eroarea gradului sferic. Miezul derivării formulei se bazează pe diferența de cale optică=2×Δh=k×λ (Δh este diferența de înălțime dintre suprafața sferică și suprafața de referință). k reprezintă ordinea marginilor și λ reprezintă lungimea de undă a sursei de lumină.
2. Modul de automatizare: Eliminați erorile manuale și obțineți un control precis pe parcursul întregului proces
Spre deosebire de limitările manometrelor manuale pentru diametrul bilei care se bazează pe focalizarea și citirea manuală, instrumentele de măsurare a diametrului bilei complet automate realizează compensarea erorilor și automatizarea procesului prin „control mecatronic”. Tehnologiile de bază includ trei puncte:
Aliniere și focalizare automată
Echipat cu „șine de ghidare electrică de precizie” (precizie de poziționare repetată Mai mică sau egală cu 0,05 μm) și „senzori de deplasare laser”, poate regla automat poziția relativă dintre suprafața sferică măsurată și sistemul optic pentru a se asigura că lumina incidentă este perpendiculară pe vârful suprafeței sferice (evitând erorile incidente de măsurare).
Sistemul de auto{0}}focalizare colectează claritatea punctului de lumină în timp real prin intermediul CCD-ului și ajustează automat distanța focală a lentilei pe baza „algoritmului de claritate a marginilor”, astfel încât punctul de focalizare al luminii reflectate să fie pe suprafața optimă a imaginii a senzorului. Precizia focalizării poate ajunge la ± 0,01 μm.
Colectarea și analiza automată a datelor
Nu este necesară citirea manuală: Senzorul CCD colectează semnale optice la o frecvență prestabilită (cum ar fi 10 cadre pe secundă), iar software-ul filtrează automat zgomotul (cum ar fi interferența luminii ambientale) și extrage semnale eficiente (cum ar fi profilele de interferență, coordonatele punctului de focalizare).
Calcul și calibrare-în timp real:-încorporată în „bază de date standard cu bile” (cum ar fi bile standard de cuarț cu rază de curbură cunoscută), apelează automat bilele standard pentru „calibrare sistematică a erorilor” (compensând erorile, cum ar fi degajarea șinei de ghidare și decalarea traseului optic) înainte de măsurare și introduce parametrii de calibrare în timpul măsurării, pentru a asigura acuratețea datelor.
Ieșire-conexiuni cu mai mulți parametri
O măsurătoare poate afișa simultan parametri precum „raza de curbură (R), distanța focală (f, pe baza formulei f=R/(n-1), unde n este indicele de refracție al materialului), eroarea de sfericitate și grosimea vârfului”, fără a fi nevoie să comutați modurile de măsurare de mai multe ori.
Acceptă exportul automat de date (cum ar fi în formatele Excel și CAD) și generează „rapoarte de analiză a erorilor” (cum ar fi modelele de franjuri de interferență și curbele de distribuție a curburii), îndeplinind cerințele de trasabilitate de calitate ale producției de componente optice.
3. Principiul principal al avantajului: De ce este superior echipamentului manual?
Avantajele sale în precizie și eficiență provin din „controlul erorilor la nivel de principiu”:
Evitați erorile de focalizare manuală: dispozitivele manuale se bazează pe ochiul uman pentru a determina punctul de focalizare, cu o eroare de până la ±5μm, în timp ce dispozitivele complet automate se poziționează precis prin algoritmi, reducând eroarea la ±0,01μm.
Eliminați interferența mediului: încorporat-modulul de temperatură constantă (precizia controlului temperaturii ±0,1) compensează dilatarea și contracția termică a materialelor, iar designul închis automat al căii optice reduce influența fluxului de aer și a vibrațiilor asupra căii optice.
Îmbunătățirea repetabilității: Eroarea de repetabilitate a măsurării manuale este de obicei mai mare de 0,5%, în timp ce echipamentele complet automate, prin procese standardizate, pot controla eroarea de repetabilitate în mai puțin de 0,05%.
