El calibre de diàmetre esfèric totalment automàtic és un dispositiu d'inspecció òptica que s'utilitza per a la mesura d'alta{0}}precisió del radi de curvatura, la distància focal i l'error d'esfericitat de superfícies esfèriques (superfícies convexes/còncavas). El seu principi bàsic es centra en dos mòduls principals: "mapeig de paràmetres òptics" i "control precís automatitzat", que es poden desglossar específicament en tres enllaços clau:
1. Principi bàsic de detecció òptica: deducció inversa de paràmetres basada en òptica geomètrica i efectes d'interferència
El nucli consisteix a construir un "camí òptic conegut" a través d'un sistema òptic, utilitzant les característiques de reflexió/refracció de la superfície esfèrica mesurada per convertir "paràmetres geomètrics esfèrics (com ara el radi de curvatura)" en "senyals òptics mesurables (com ara la posició del punt, les franges d'interferència)", i després inferir els paràmetres matemàtics a través d'un model matemàtic. Les vies tècniques principals es divideixen en dues categories:
Mètode d'autocolimació (adequat per a mesura ràpida de precisió mitjana i baixa)
Disseny del camí òptic: la llum paral·lela emesa per la font de llum col·limadora (com ara el làser He-Ne) es reflecteix pel divisor de feix i després incideix perpendicularment a la superfície esfèrica que es vol mesurar.
Generació de senyal: si la llum paral·lela incideix sobre una superfície esfèrica convexa, la llum reflectida convergirà al "centre de curvatura" de la superfície. Quan incideix sobre una superfície esfèrica còncava, la llum reflectida divergeix per formar un focus virtual (equivalent a ser emesa des del centre de curvatura).
Càlcul de paràmetres El dispositiu captura la posició del punt d'enfocament de la llum reflectida mitjançant un sensor d'imatge CCD d'alta-precisió. Combinant la diferència de distància entre el "pla de referència (com ara el pla focal de la lent col·limadora integrada a l'instrument)" i el "punt d'enfocament", i substituint-la en la fórmula R=2×(L - f₀) (on R és el radi de curvatura, L és la distància mesurada i f₀ és la longitud focal de la curvatura directa de la collim), la longitud focal de la curvatura directa de collim.
Interferometria (adequada per a la detecció d'alta{0}}precisió, amb una precisió de ±0,1 μm)
Disseny de la trajectòria òptica: s'adopta la trajectòria òptica d'interferència de Michelson per dividir la font de llum col·limada en dos feixs - un feix incideix al "mirall del pla de referència" (pla estàndard) i l'altre feix incideix a la "superfície esfèrica mesurada". Després que els dos feixos de llum reflectits es recombinin, es formen "serrells d'interferència d'igu-gruix" a causa de la diferència del camí òptic.
Anàlisi del senyal: els canvis en la curvatura de la superfície esfèrica provocaran alteracions en la "forma (com ara circular o el·líptica)" i en l'"espaiat" de les franges d'interferència - si la curvatura de la superfície esfèrica és uniforme, les franges seran cercles concèntrics. Si hi ha un error d'esfericitat (com ara protuberàncies/depressions locals), les ratlles es desplaçaran o es deformaran.
Càlcul de paràmetres El programari identifica automàticament la posició central de les franges d'interferència i l'espai entre les franges. Combinada amb la longitud d'ona (com la longitud d'ona del làser de 632,8 nm), la diferència del camí òptic es deriva a través de la "diferència d'ordre de franja" i després es converteix en el radi de curvatura i l'error de grau esfèric. El nucli de la derivació de la fórmula es basa en la diferència de camí òptic=2×Δh=k×λ (Δh és la diferència d'alçada entre la superfície esfèrica i la superfície de referència). k representa l'ordre de la franja i λ representa la longitud d'ona de la font de llum.
2. Mòdul d'automatització: Elimina errors manuals i aconsegueix un control precís durant tot el procés
A diferència de les limitacions dels mesuradors de diàmetre de boles manuals que es basen en l'enfocament i la lectura manuals, els indicadors de diàmetre de boles totalment automàtics aconsegueixen la compensació d'errors i l'automatització del procés mitjançant el "control mecatrònic". Les tecnologies bàsiques inclouen tres punts:
Alineació i enfocament automàtics
Equipat amb "guies de guia elèctrica de precisió" (precisió de repetició de posicionament inferior o igual a 0,05 μm) i "sensors de desplaçament làser", pot ajustar automàticament la posició relativa entre la superfície esfèrica mesurada i el sistema òptic per garantir que la llum incident sigui perpendicular al vèrtex de la superfície esfèrica (evitant els errors d'angle incidents de mesura).
El sistema d'-enfocament automàtic recull la claredat del punt de llum en temps real a través del CCD i ajusta automàticament la distància focal de la lent en funció de l'"algorisme de nitidesa de la vora", de manera que el punt d'enfocament de la llum reflectida es troba a la superfície d'imatge òptima del sensor. La precisió d'enfocament pot arribar a ± 0,01 μm.
Recollida i anàlisi automàtica de dades
No cal lectura manual: el sensor CCD recull senyals òptics a una freqüència predeterminada (com ara 10 fotogrames per segon) i el programari filtra automàticament el soroll (com ara la interferència de la llum ambiental) i extreu senyals efectius (com ara perfils de franges d'interferència, coordenades del punt d'enfocament).
-Càlcul i calibratge en temps real:-integrada a la "base de dades de boles estàndard" (com ara boles estàndard de quars amb un radi de curvatura conegut), crida automàticament a les boles estàndard per a la "calibració d'errors sistemàtics" (compensant errors com ara la separació del carril de guia i el desplaçament del camí òptic) abans de la mesura, i introdueix els paràmetres de calibratge durant la mesura de precisió.
Sortida d'enllaç multi-paràmetres
Una mesura pot produir simultàniament paràmetres com ara "radi de curvatura (R), distància focal (f, basat en la fórmula f=R/(n-1), on n és l'índex de refracció del material), error d'esfericitat i gruix del vèrtex", sense necessitat de canviar els modes de mesura diverses vegades.
Admet l'exportació automàtica de dades (com en formats Excel i CAD) i genera "informes d'anàlisi d'errors" (com ara patrons de franges d'interferència i corbes de distribució de curvatura), complint els requisits de traçabilitat de qualitat de la producció de components òptics.
3. Principi de l'avantatge bàsic: per què superior a l'equip manual?
Els seus avantatges en precisió i eficiència deriven del "control d'errors a nivell de principi":
Eviteu errors d'enfocament manual: els dispositius manuals es basen en els ulls humans per determinar el punt d'enfocament, amb un error de fins a ±5μm, mentre que els dispositius totalment automàtics es col·loquen amb precisió mitjançant algorismes, reduint l'error a ±0,01μm.
Elimineu les interferències ambientals: el mòdul de temperatura constant integrat-(precisió de control de temperatura ±0,1) compensa l'expansió tèrmica i la contracció dels materials, i el disseny tancat del camí òptic automatitzat redueix la influència del flux d'aire i la vibració en el camí òptic.
Millora de la repetibilitat: l'error de repetibilitat de la mesura manual sol ser superior al 0,5%, mentre que els equips totalment automàtics, mitjançant processos estandarditzats, poden controlar l'error de repetibilitat en menys del 0,05%.
