Fénytechnika A fény méréstechnikai alkalmazása
Dr. Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2013
• • • • • • • •
Geodéziai (távcsöves) mérőműszerek Mérőmikroszkópok Mérőprojektorok Lézeres távmérők Lineáris interferométerek (hosszmérő gépek) 3D mérés interferometriával 3D mérés sztereo fotográfiával 3D mérés a moire-technika alkalmazásával
A távcső alkalmazása a méréstechnikában Geodéziai műszerek
A Kepler-féle távcső elve
A kollimátorok alapelve
A kollimátor szerkezete
A Gauss-okulár
Az autokollimátor elve
A katetométer (Bárány: Optikai műszerek III.) Folyadék oszlop magasságának, illetve távoli tárgyak függőleges irányú mérésére alkalmazzák. Leolvasás: 0.1 mm Távcső: 8x nagyítás F1, F2 talpcsavarok D dobozlibella R csöveslibella M magassági skála E csúszka F a távcső élesre állító csavarja S1, S2 kengyel A kötőcsavar (az oszlopot rögzíti) B ellenrúgós paránycsavar az oszlop forgatásához Sp tükör
Katetométer (Bárány:Optikai műszerek III.)
Részei: • Műszertalp, 3-pontos szabályozás • Oszlop • Távcső:16-szoros nagyítás • Magassági skála: 40 cm hoszú, 01 mm leolvasással • Leolvasó távcső • Ellensúly, a külpontosan szerelt távcső kiegyensúlyozására
A futás- és irányvizsgáló műszer (Bárány: Optikai műszerek III.) Távcső és kollimátor „α” tengelyszögének mérése illetve a távcső és a kollimátor párhuzamos tengelybe állítása A kollimátor hátsó szálkeresztjére célozunk; az α szög mérhető. Ha az α szöget 0-ra állítjuk,a távcső és a kollimátor tengelye párhuzamos lesz (de nem esik egybe!).
A futás- és irányvizsgáló műszer (Bárány: Optikai műszerek III.)
Távcső és kollimátor (már előzőleg párhuzamosra állított) tengelyének egy egyenesbe szabályozása Célzás: a kollimátor elülső szálkeresztjére; a trengelyek közötti „a” távolság mérhető, illetve kiküszöbölhető
A futás- és irányvizsgáló műszer (Bárány: Optikai műszerek III.)
Balra: Távcső Jobbra: Kollimátor Mindkét eszköz tűrésezett, illesztett tengelypalásttal készül
A síkpárhuzamos lemez megdöntésével eltolódnak a rajta áthaladó nyalábok. Optikai mikrométerként alkalmazható.
Planparallel üveglapos mérőlemez (x-y optikai mikrométer)
Célkereszt kialakítások
Libellás szintezőműszer elvi felépítése (Fialovszky: Geodéziai műszerek) Fő részei: 1. Műszertalp 2. Állótengely 3. Műszer felsőrész (alhidade)
Részletesen: Lsz szintező libella La állótengely libella I a távcső irányvonala V-V állótengely H fekvőtengely Szv a szálkereszt állószála Szb szálkereszt fekvőszála Σ szintező csavar Szh célzó szálkereszt
Kern GK 23 szintezőműszer (Fialovszky: Geodéziai műszerek)
Műszertalp: gömbfejű illeszkedés (g) Fekvőtengely libella: koincidenciás leolvasás Távcső: Egyenes állású kép, 20-40x nagyítás Belső élesre állítás Figuráns, mérőléccel
Zeiss-féle szintező műszer síkpárhuzamos mérőlemezzel
Műszertalp: Távcső: felodással
szintezhető, 3-pontos szabályozás belső élesre állítás; binokuláris okulár; planparallel üveglapos x,y mérés ,
0.1 mm
Ertel BNL (Baunivellier) (Fialovszky: Geodéziai műszerek)
Vízszintes üvegköre is van (tahiméter szintező műszer) Távcsöve a hossztengely körül 180 fokban elforgatható (a távcső irányvonala a két szélső helyzetben észlelt irányvonal közepén van.)
A teodolit elvi felépítése Fő részei: • Műszertalp • Állótengely (Vertikális tengely): V-V • Fekvőtengely (Horizontális tengely): H-H A műszertalp illeszkedése: • kúpos tengely (1) • kúpos persely (2)
A teodolit vázlatos rajza (Bárány: Optikai műszerek III.)
Vízszintes és magassági szögek mérésére szolgáló műszer Részei: • Műszertalp + 3 talpcsavar 120 fokban • I irányvonal • H fekvőtengely (G villában csapágyazva) • Mk magassági kör • V állótengely (P perselyben csapágyazva) • Mv vizszintes kör (limbusz) • I, H és V tengely egymásra merőleges • Kötő- és irányítócsavarok az álló- és fekvőtengelyhez
A teodolit kivitelezett alakja A teodolit terep-műszer, ezért teljesen zárt kivitelben készül. A magassági és a vízszintes üvegkört ezért meg kell világítani (Fény bevetítő tükrök). Dobozba helyezéskor a távcsövet függőleges helyzetbe állítjuk.
T16 teodolit (Wild, Heerbrugg) Műszertalp: 3 pontos, talpcsavaros vízszintezés Állótengely: Hengeres tengely csap, golyós ágyazás Fekvőtengely: Csúszó ágyazás Üvegkörök: Vízszintes és függőleges üvegkör is van. Leolvasás: Leolvasó távcsővel Üvegkörök megvilágítása: kibillenő tükörrel, külső fényforrással, belső fényirányító optikai rendszerrel Távcső: Prizmás képfordító rendszer Belső élesre állítás Kivülről: fény- és porzárás
Th 2 teodolit (Opton, Oberkochen) Műszertalp: 2 talpcsavar (T) egymásra merőleges tengelyben billenti a gömbcsuklós felfogású állótengelyt. A gömbcsukló rögzítése a K kötőcsavarral történik. Kényszerközpontosítást alkalmaznak. Rögzítése: a Kcs kötőcsavarral
A vízszintes üvegkör finompozicionálása (Bárány: Optikai műszerek III. 269. kép) 1, 2, 3, 4, 5 Rugóval terhelt csap 6 Villa 7 Szorító lemez 8 Állótuskó 9 Csavar 10 Paránycsavar 11 Alsó pofa 12 A műszer állórésze 13 Limbusz
A spektro-goniométer
U K F T
műszertalp Tr, Sp, J: állítható rés kollimátor I szálkereszt mérőtávcső O okulár tárgy-asztal, szintezhető, hármas kúpos tengelyrendszerrel
Spektro-goniométer kiviteli alakja
Az optiméter Autokollimációs távcsővel mér Kétszeres tükrözés: négyszeres pontosság A mérési bizonytalanság: <+/-( 0.5 + L/100) µm Mérési tartomány: L = 180 mm A pontosság feltétele: 1. A munkadarab és az etalon hőmérséklete közötti különbség <0.05 C0 2. A munkadarab és az etalon hőtágulási együtthatójának különbsége <1*10 -6 3. Hővédő üveg alkalmazása
Az ultraoptiméter •A műszer üvegdobozban van elhelyezve •Finom skála: •Terjedelem: +/- 10 m •Osztásérték 0.2 m Durva skála: •Terjedelem: +/- 83 m •Osztásérték 1 m •Mérési bizonytalanság a finom skálán: <+/(0.06+A/400+1.6L/1000) µm
A mérő projektorok
A mérő projektorok Ha a nagyítás: N
A megvilágítás N2 legyen!
A mérő projektorok
Mérő mikroszkópok
Egyszerű műhelymérőmikroszkóp
• Nagy szabad tárgytávolság – szerelés a mikroszkóp alatt • Két irányú asztalmozgatás csavaros mikrométerrel – 0.01 mm-es mérés • Világítás külső fényforrással
Kutató mérőmikroszkóp • • • •
Cserélhető objektívek revolver-fejben Binokuláris okulár Motoros mozgatások – visszaállás lehetősége 0.002 mm pontosságú mérés
Mérőmikroszkópok szállemezei
Társnéző rendszer
Mikroszkóp számítógépes vezérléssel
Számítógépes kapcsolat Motorizált beállítások: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
fókusz kondenzor lámpaegységek fényintenzitás objektívek reflexiós kockák (szűrők)
Motorral mozgatott asztal Kiértékelő programok
Telepathológia
Az interferencia jelenség alkalmazása a méréstechnikában
A Newton-gyűrűk
Newton-gyűrűk monokromatikus és fehér fényben
Askania gyártmányú Michelson interferométer (Bárány: Optikai műszerek IV.) • • •
• • • • • •
Robusztus kivitel Pihentetett öntöttvas ház 3-részes öntött, preciziósan megmunkált asztal, a legfelső lap kétrészes, két forgatható, ferde lapból áll). 200 mm átmérő, 100 mm-rel előre húzható Robusztus és pontos tárgymozgató vezetékek Az osztótükör 200 mm átmérőt fed le A referencia tükör 100 mm átmérőjű A referencia-tükör 3-pontos szabályozású, interferometrikus pontossággal A lámpa-ház kívül van Spektrál-lámpával működik (hélium, higany, nátrium, kadmium vagy kripton töltésű gáz-kisülő cső; koherencia hossz kb 100 mm)
Az Askania interferométer sugármenete 1 spektrál lámpa 2 kondenzor rendszer 3 belépő rés 4 interferencia szűrő 5, 8, 17 tükör 15, 16 kollimátor objrktív 13 százalékos tükör 12 kompenzáló lemez 11 referencia síktükör 9 objektív lencserendszer 7 okulár lencserendszer Lent: mérendő felület (síklapúság; ferdeség; távolság)
A Kösters interferométer •Mérőhasábok érintésmentes ellenőrzésére szolgáló műszer. •Kisebb mérhető felület, mint a Michelson interferométernél •Zárt kivitel, külső mozgatások, külső fényforrás (védelem a sugárzó hőtől) •Legnagyobb mérési bizonytalanság: +/-0.02+L/1500
Pontosság: Síklapúság és párhuzamosság mérésnél: 0.01
Mérési lehetőségek •Abszolút méret meghatározása a fényhullémhossz segítségével •Összehasonlítás ismert méretű (etalon) mérőhasábbal •Síklapúság meghatározása •Párhuzamosság meghatározása
Néhány mérőhasáb jellegzetes hibájának interferencia-képe
1 Hossz-irányú dőlés (párhuzam-hiba) 2 Középen kopás 3 Kereszt irányú dőlés (párhuzam-hiba) 4 A két szélen kopás, és hosszirányú dőlés 1
2
3
4
VÉGE
