150立式干涉仪主机说明书.docx
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150立式干涉仪主机说明书
FSn-150激光平面干涉仪
使用说明书
南京英特飞光电技术有限公司
2007年6月
1仪器简介
FSn-150是由本公司开发的菲索型立式激光干涉仪主机,可外接图像显示器形成目视观察、判读条纹的光机型干涉仪(Marc-150),也可加装移相器、计算机等构成数字波面干涉仪(Hi-Marc-150)。
图1Hi-Marc-150干涉仪
由于干涉仪对抗震要求较高,本仪器的光学系统应放置在有防震垫的工作台(光学平台或大理石平台)之上,台面一般不小于仪器高度的1.5倍。
本仪器采用菲索干涉原理(图2),在图像接收光路中设置了空间滤波器来改善干涉图的质量;一个变倍系统可以放大干涉图以便观察小口径的被测件;电控的对点、测试切换使系统更稳定、调整更方便。
高精度的标准参考反射镜保证了相对测量的准确度。
本仪器适合测量大口径平面光学元件的面形,无需特殊夹具。
也可配各种光学调整架和辅助光学部件进行均匀性、平行差、棱镜角差等的测试。
本仪器主要用途为:
●平面面形测量(非镀膜表面、高反射率镀膜表面*)
●小角度平行平晶的楔角测量
●角反射器(锥体棱镜)角度误差/综合波差测量*
*注:
部分测量需要另配特殊夹具和软件。
图2菲索型激光干涉仪主机光学原理图
2仪器主要技术指标
2.1电源:
220V/50Hz
2.2光源:
He-Ne激光器,λ=632.8nm
2.3口径:
Φ150mm
2.4光学质量:
λ/10(平面系统,95%口径,P-V)*
2.5干涉图放大:
1~5×,无级变倍
2.6输出:
标准视频信号,可为图像采集卡直接接收
2.7光路切换:
调整(十字叉丝)与测试(干涉图)之间为电控切换
2.8CCD摄像机:
高分辨力、高灵敏度、低噪声CCD
*注1:
光学质量主要由标准参考平晶确定。
本仪器标准参考平晶质量符合1级平晶要求(GB28-2000平晶检定规程),如有变化,请以合同约定为准。
*注2:
标准参考平晶是在仪器中的状态是环形支撑,在设计、加工中我们已经考虑了自重造成的弹性变形因素。
如需要取下后在其他状态下检测,请考虑加上该因素。
*注3:
与标准参考平晶配对的反射平晶,是在70%口径左右的环形支撑,自重变形不大。
但在长期存放时,请保持工作面向上的状态。
3.仪器的连接
本干涉仪的电器控制部分已经装载与干涉仪后部。
如图3所示,仪器后部具有220V电源接口、与计算机的通讯连接接口、两个视频输出接口(一个接计算机内插的图像采集卡、另一个接视频监视器)。
图3干涉仪后部视图(接口与稳频激光器电源)
3仪器操作使用方法
3.1开机
本仪器各部件没有特定的开机顺序,但应该依次打开,不能由电源插座一次全部打开,以防电流冲击造成电气损坏。
一般需要在开机后20分钟后再开始测试,因为He-Ne激光器的模式稳定需要一定的时间。
刚开机时我们会发现干涉条纹在不停的漂移,有时激光器出现双模时还会使干涉图对比度下降。
如果选用的是稳频激光器,还可以通过调整电流设置点,来增加干涉条纹的对比度。
3.2光路切换
光路切换是使仪器在调整(对点)状态和测试(干涉图)状态之间切换,有三个办法可以进行切换:
●干涉仪遥控盒的面板上,有切换开关(Marc系统,图4);
●在干涉仪上,有切换开关(图5);
●计算机上,软件操作界面右边的软面板上,有一个转换按钮(Hi-Marc系统,见软件说明书)。
处于调整状态时,在监视器上可看到十字叉丝、参考反射镜和测试反射镜等的反射光点。
当光路中放置被测件时,也可以看到它的各个表面的反射光点。
图5干涉仪的切换开关(门内左上方)
处于测试状态时,可以看到参考反射镜的整个光斑,如果测试反射镜或被测样品调整正确,则可以看到干涉条纹,并可通过条纹获得所需要的测试结果。
图4干涉仪遥控器
3.3基本光路初调
图6调整旋钮位置示意图
通过切换开关,进入调整(对点)光路,在监视器上可看到十字叉丝和多个反射光点。
调整标准参考反射镜使其基本平行于平台,可以在屏幕上看到标准参考反射镜的反射光点。
将调整到屏幕中央,与十字叉丝中心重合,则调整完成。
3.4基本光路精调
通过切换开关,回到测试(干涉图)光路,微调调整标准参考反射镜,使光斑无切割、变形,此时要注意不要出现杂光。
3.5被测件调整
将被测件放置到两维调整平台上,然后对其进行初调,对准光点达到重合。
通过切换开关,回到测试(干涉图)光路,监视器上可见到密集的干涉条纹。
观察干涉条纹是否充满全口径,如有切割,则移动被测件,然后重新进行初调,使被测件全孔径出现在监视器上。
最后微调左右与俯仰二个调整螺杆,使得视场中看到的干涉条纹少于六条。
●干涉条纹按判读方式不同而不同,如果是目视观察,则3~4条最好,并且至少要在条纹的两个方向进行观察;如果是进行移相采样,则条纹越少越好,条纹越少则波面复原的理论精度越高。
●在微调时,请关好测试空间的门,防止气流等的干扰。
3.6测试孔径调整
如果需要测试小于Φ150mm的样品,可以进行干涉图放大。
控制面板上有控制倍率开关,可使被测件在监视器上的图像无级放大缩小,放大倍率为1×~5×。
改变倍率后,应使被测件的干涉条纹尽量充满监视器。
3.7干涉图清晰度调节
在控制面板上,有干涉图调焦+-按钮,可以调节干涉图的清晰。
3.8干涉图光强调节
使用控制面板上的光强+-按钮,是对光路中的光阑进行硬件调节,一般情况下,对于放大测试小口径的样品,必须调大光圈,当进行1×全孔径测试时,将光阑调小,可以避免CCD出现饱和现象。
在与移相干涉软件联用时,光阑硬件调节应优先于软件的图像采集光强调节。
3.9干涉图的判读
在目视情况下,可以通过干涉图可以进行光圈、局部光圈的判读。
作为一种等厚干涉仪,其干涉条纹判读方法根据GB2813-81,按如下步骤进行(图7):
①调整干涉条纹的间隔,使被检区域出现3条或5条干涉条纹;
②光圈的数目N,由通过直径的最大弯曲量b与条纹间隔a的比值确定,即
;
③局部光圈数目△N,由条纹的不规则程度c,与条纹间隔a的比值确定(图8)。
图8干涉条纹判读示例——局部光圈
图7干涉条纹判读示例
5使用中的环境影响
特别提示:
玻璃材料的标准参考平面容易受到温度因素的影响,石英材料的标准参考平面则要稳定的多。
5.1温度与温度梯度
温度在干涉测量中是一个绝对重要的因素,如需要获得高精度的测量结果,最好要保证达到国标《JJG28-2000平晶检定规程》的要求。
本系统的光学质量是在20℃±1℃、温度梯度小于0.1℃/h的条件下获得的。
主要的原因是光学玻璃受热变形将产生光学表面光圈的变化,温度不稳定将直接影响测量精度的可靠性。
5.2恒温时间
在仪器进行高精度测量前,必须有一个恒温时间,以保证内部的温度平衡。
一般情况下(温差±5℃以内),建议恒温12小时以上;如起始温度离标准温度(20℃)较远,则必须恒温24~36小时。
样品如果是由外界进入工作室的,也必须有一个恒温时间,以保证样品内部的温度均匀。
根据样品大小和温差,一般需要4~24小时。
当样品放入干涉室内后,还需要再恒温5~20分钟,以待气流平衡,也使样品与干涉仪的温度一致起来。
5.3外界温度的影响
操作人员在检测样品时,长时间靠近仪器观察,人体的温度必使仪器四周温度引起变化而传入样品与测试反射镜,引起干涉条纹变形。
如果样品是用手拿的,则可以明显看到边缘的干涉条纹弯曲。
所以要避免用手直接拿取被测样品,或进行更长时间的恒温。
另外,也必须严格控制检验室内的工作人数。
5.4气流
气流将造成干涉条纹的不规则扰动,必须避免。
如果温度的空间梯度大,也会产生明显的气流影响。
建议将仪器需放在温差小,温度空间梯度也小的环境之中,有条件最好在恒温室内再布置一个小房间,以减少外界温度的变化影响。
5.5防震
震动可能由很多原因产生:
支撑不够刚性的地板、声波、其它设备(风扇、空调等)、人的活动等等。
震动是最难控制的环境问题。
理论上,最好是将仪器放在一块混凝土浇注的地基上使用,这样会大大衰减大幅的震动。
小幅的震动,例如由人员活动造成的震动,可以通过防震系统隔离。
干涉仪在设计时,对仪器结构本身的防震已经做过一定的考虑,但作为非共光路的泰曼型干涉仪,对震动比菲索型干涉仪要敏感一些。
因此需要工作场地的地面结实牢固,并远离机床等强振动源。
震动还可以从电缆传到主机。
因而布线时应注意不要接触可能的震动源,也不要通过可能被碰到的地方。
不要将键盘,鼠标,或任何带有可移动部件的设备放置在仪器上。
6安全
本仪器发射的只有可见红光,无不可见的光辐射。
仪器内置激光器的输出及自仪器的辐射输出是很低的。
即使使用透镜聚焦,辐射也不会产生烧灼现象。
然而,仍然需要注意仪器输出的激光。
虽然它不能伤害皮肤,但你必须注意保护你的眼睛。
不要直视光束或凝视它的明亮反射点。
本仪器的电源线中包括一根保护接地线。
它与交流电源中的地线相连。
交流电源提供的地线必须是永久良好接地的。
仪器内部有220V和激光器的高压电源,如需要打开盖子维护,务请拔掉电源,并由专业人士进行。
7保管
干涉仪应避免安置在灰尘较大的地方,在不进行测量时应盖上外罩。
如较长时间不使用,干涉仪应保存在湿度不大于60%的环境下,并定期开启电源,以保证电器系统(特别是激光器)的稳定可靠。
8文档
合格证
说明书
9常见问题及解决方法
9.1开机无显示
按下述步骤检查:
●检查电源是否接好,电压是否正常
●开关是否已经打开
●检查相关电源接口上的保险丝
●检查干涉仪中是否有红色激光输出
●检查视频电缆
●检查视频监视器的亮度、对比度调节情况
上述检查基本可以确定故障发生位置,如用户自己无法解决,请联系生产者。
9.2视场不完整
主要的问题可能是标准参考反射镜的位置发生了微小的变化,请仔细微调。
如无法解决,则需要由专业人士打开仪器盖子来调整内部光路。
9.3干涉图亮度不均匀
由于激光为高斯光束,因此存在中间亮,周围暗的情形。
一般情况下,移相干涉的算法与光强均匀性无关。
如果视场中的光强中心偏离太多的话,干涉条纹粗细变化明显,容易造成干涉条纹不清晰,目视判读困难,则需要由专业人士调整内部光路,使激光光束均匀地照射扩束镜。
9.4激光管老化:
激光管在使用一定时间后,光亮度会减弱,同时会出现忽亮忽暗现象,此时看到的条纹也是不清晰的,换一根管子即能排除此毛病。
9.5光学件清洁:
如样品工作面没有擦干净,或反射镜面上出现霉斑,以及扩束镜沾上灰尘等,都会影响干涉条纹的清晰度,或在干涉图上出现脏点(斑),因此,在定期清洁各光学件是有益的。
9.6建议的清洁程序
!
警告!
●在使用酒精、乙醚和甲醇等物质时必须小心,它们都是易燃物,并且有毒。
●不要重复使用清洁擦镜纸,重复使用会导致污物附着,损坏光学器件。
●在清洁光学器件前,从手指上,手腕上取下戒指等首饰,仔细洗手以去除皮肤油脂,并且戴上手套。
●进行清洁工作时的擦拭动作一定要轻柔,避免划伤表面。
●如没有把握,需请教专业人士。
污染
步骤
灰尘或细微污物
1.用喷头吹去松动的小的部分。
2.如果灰尘仍存在,在木签上绕上两张擦镜纸或折叠一张擦镜纸,让它正好比要清洁部分宽一些。
3.在擦镜纸上滴上乙醇或甲醇。
4.用它在一个方向上擦拭透镜一遍。
如果还需要擦拭,则要使用新的木签和擦镜纸。
指印,油渍和水痕
注意:
这种情况必须立即清洁表面。
皮肤上的酸性物质会损伤透镜表面。
1.用喷头吹去松动的小的部分。
2.如果灰尘仍存在,在木签上绕上两张擦镜纸或折叠一张擦镜纸,让它正好比要清洁部分宽一些。
3.在擦镜纸上滴上1%的肥皂液。
4.自一个方向擦拭透镜一次。
如果还需要擦拭,则要使用新的木签和擦镜纸。
5.重复2至4步。
但使用蒸馏水浸润的擦镜纸,以便擦去残留的肥皂液。
6.再重复2至4步,使用甲醇或乙醇浸润擦镜纸。
9.7维修
如仪器出现的问题用户没有把握,务请先与生产者联系,请勿私自打开检修。