La jauge de diamètre sphérique entièrement automatique est un dispositif d'inspection optique utilisé pour la mesure de haute -précision du rayon de courbure, de la distance focale et de l'erreur de sphéricité des surfaces sphériques (surfaces convexes/concaves). Son principe de base s'articule autour de deux modules majeurs : « cartographie des paramètres optiques » et « contrôle précis automatisé », qui se déclinent spécifiquement en trois liens clés :
1. Principe de base de détection optique : déduction inverse des paramètres basée sur l'optique géométrique et les effets d'interférence
Le noyau réside dans la construction d'un « chemin optique connu » à travers un système optique, en utilisant les caractéristiques de réflexion/réfraction de la surface sphérique mesurée pour convertir des « paramètres géométriques sphériques (tels que le rayon de courbure) » en « signaux optiques mesurables (tels que la position du point, les franges d'interférence) », puis en déduisant les paramètres cibles via un modèle mathématique. Les parcours techniques traditionnels sont divisés en deux catégories :
Méthode d'autocollimation (adaptée aux mesures rapides de moyenne et basse précision)
Conception du chemin optique : la lumière parallèle émise par la source de lumière collimatrice (telle qu'un laser He-Ne) est réfléchie par le séparateur de faisceau puis incidente perpendiculairement sur la surface sphérique à mesurer.
Génération de signal : Si une lumière parallèle arrive sur une surface sphérique convexe, la lumière réfléchie convergera vers le « centre de courbure » de la surface. Lorsqu'elle arrive sur une surface sphérique concave, la lumière réfléchie diverge pour former un foyer virtuel (équivalent à une émission depuis le centre de courbure).
Calcul des paramètres L'appareil capture la position du point focal de la lumière réfléchie grâce à un capteur d'image CCD de haute-précision. En combinant la différence de distance entre le « plan de référence (tel que le plan focal de la lentille collimatrice intégrée à l'instrument) » et le « point focal », et en la substituant dans la formule R=2×(L - f₀) (où R est le rayon de courbure, L est la distance mesurée et f₀ est la distance focale de la lentille collimatrice), le rayon de courbure est directement déduit.
Interférométrie (convient à la détection de haute-précision, avec une précision de ± 0,1 μm)
Conception du chemin optique : le chemin optique d'interférence de Michelson est adopté pour diviser la source de lumière collimatée en deux faisceaux - un faisceau tombe sur le "miroir plan de référence" (plan standard) et l'autre faisceau tombe sur la "surface sphérique mesurée". Après la recombinaison des deux faisceaux lumineux réfléchis, des « franges d'interférence d'épaisseur égale - » se forment en raison de la différence de chemin optique.
Analyse du signal : les modifications de la courbure de la surface sphérique entraîneront des modifications de la "forme (telle que circulaire ou elliptique)" et de "l'espacement" des franges d'interférence - si la courbure de la surface sphérique est uniforme, les franges seront des cercles concentriques. S'il y a une erreur de sphéricité (telle que des saillies/dépressions locales), les rayures se déplaceront ou se déformeront.
Calcul des paramètres Le logiciel identifie automatiquement la position centrale des franges d'interférence et l'espacement des franges. Combinée avec la longueur d'onde (telle que la longueur d'onde du laser de 632,8 nm), la différence de chemin optique est dérivée de la « différence d'ordre des franges », puis convertie en rayon de courbure et en erreur de degré sphérique. Le cœur de la dérivation de la formule est basé sur la différence de chemin optique=2×Δh=k×λ (Δh est la différence de hauteur entre la surface sphérique et la surface de référence). k représente l'ordre des franges et λ représente la longueur d'onde de la source lumineuse.
2. Module d'automatisation : éliminez les erreurs manuelles et obtenez un contrôle précis tout au long du processus.
Contrairement aux limitations des jauges manuelles de diamètre à bille qui reposent sur une mise au point et une lecture manuelles, les jauges de diamètre à bille entièrement automatiques permettent une compensation des erreurs et une automatisation des processus grâce au « contrôle mécatronique ». Les technologies de base comprennent trois points :
Alignement et mise au point automatiques
Équipé de « rails de guidage électriques de précision » (précision de positionnement répétée inférieure ou égale à 0,05 μm) et de « capteurs de déplacement laser », il peut ajuster automatiquement la position relative entre la surface sphérique mesurée et le système optique pour garantir que la lumière incidente est perpendiculaire au sommet de la surface sphérique (en évitant les erreurs de mesure causées par les écarts d'angle incident).
Le système de mise au point automatique-collecte la clarté du point lumineux en temps réel via le CCD et ajuste automatiquement la distance focale de l'objectif en fonction de "l'algorithme de netteté des bords", de sorte que le point focal de la lumière réfléchie se trouve sur la surface d'imagerie optimale du capteur. La précision de mise au point peut atteindre ±0,01 μm.
Collecte et analyse automatiques de données
Aucune lecture manuelle requise : le capteur CCD collecte les signaux optiques à une fréquence prédéfinie (telle que 10 images par seconde), et le logiciel filtre automatiquement le bruit (tel que les interférences de la lumière ambiante) et extrait les signaux efficaces (tels que les profils de franges d'interférence, les coordonnées du point focal).
Calcul et étalonnage-en temps réel :-une "base de données de billes standard" intégrée (telle que des billes étalons en quartz avec un rayon de courbure connu), appelle automatiquement les billes étalons pour un "étalonnage d'erreur systématique" (compensant les erreurs telles que le jeu du rail de guidage et le décalage du chemin optique) avant la mesure, et saisit les paramètres d'étalonnage pendant la mesure pour garantir l'exactitude des données.
Sortie de liaison multi-paramètres
Une mesure peut simultanément produire des paramètres tels que « le rayon de courbure (R), la distance focale (f, basée sur la formule f=R/(n-1), où n est l'indice de réfraction du matériau), l'erreur de sphéricité et l'épaisseur du sommet », sans qu'il soit nécessaire de changer plusieurs fois de mode de mesure.
Prend en charge l'exportation automatique de données (comme aux formats Excel et CAO) et génère des « rapports d'analyse d'erreurs » (tels que des modèles de franges d'interférence et des courbes de distribution de courbure), répondant aux exigences de traçabilité de qualité de la production de composants optiques.
3. Principe de base de l’avantage : pourquoi supérieur à l’équipement manuel ?
Ses avantages en précision et en efficacité proviennent du "contrôle des erreurs au niveau du principe" :
Évitez les erreurs de mise au point manuelle : les appareils manuels s'appuient sur l'œil humain pour déterminer le point de mise au point, avec une erreur allant jusqu'à ± 5 μm, tandis que les appareils entièrement automatiques se positionnent avec précision grâce à des algorithmes, réduisant l'erreur à ± 0,01 μm.
Élimine les interférences environnementales : le module de température constante intégré (précision du contrôle de la température ± 0,1) compense la dilatation et la contraction thermiques des matériaux, et la conception fermée et automatisée du chemin optique réduit l'influence du flux d'air et des vibrations sur le chemin optique.
Améliorer la répétabilité : l'erreur de répétabilité de la mesure manuelle est généralement supérieure à 0,5 %, tandis que l'équipement entièrement automatique, grâce à des processus standardisés, peut contrôler l'erreur de répétabilité à moins de 0,05 %.
