ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОНОЙ УСТАНОВКИ

Принцип действия и схема микроинтерферометра МИИ-4 впервые были разработаны и применены для исследования качества тонкообработанных поверхностей академиком Линником В.П. Микроинтерферометр применяется в лабораториях научно-исследовательских и учебных институтов и промышленных предприятий, занимающихся вопросами чистоты обработки поверхностей.

В микроинтерферометре МИИ-4 для получения системы двух когерентных волн используется наклонная плоскопараллельная пластинка, имеющая прозрачное светоделительное покрытие. Пластинка посеребрена так, что половину падающего на нее света она отражает, половину пропускает, вследствие чего образуются две системы волн, способных интерферировать. Упрощенная оптическая схема микроинтерферометра изображена на рис. 5.

Свет от источника падает на полупрозрачную пластинку Р, которая и разделяет падающий пучок 1 на два. Пучок 2, отраженный от пластинки, попадает на исследуемую поверхность П, второй пучок лучей 3 через компенсатор К попадает на эталонное зеркало . Пучок света 2, отразившись от поверхности П, а пучок света 3, отразившись от зеркала , вновь соединяются на пластинке Р и интерферирует. Изображение интерференционной картины объективом О и направляющим зеркалом переносится в фокальную плоскость окуляра Ок. На рисунке показан ход только центральных лучей от источника.

Рис. 5. Оптическая схема интерферометра Линника

Компенсатор К – стеклянная пластинка такой же толщины как Р, устанавливается параллельно Р с той целью, чтобы устранить возникающую дополнительную разность хода на пути вертикального луча 2, т.к. этот луч проходит пластинку Р трижды, а луч 3 один раз. Для расчета интерференционных картин необходимо знать разность хода лучей. В данной схеме разность хода обусловлена различием плеч от Р до П и от Р до , а также зависит от обработки поверхности П и от углов, которые образуют падающие лучи с П и .

Если исследуемая поверхность обработана с высокой степенью точности, то интерференционная картина в поле зрения микроскопа будет состоять из системы чередующихся темных и светлых полос (рис. 6а – в монохроматическом свете), в белом свете – полосы окрашены. В точках поля наблюдения, где разность хода равна , и т.д., получаются светлые полосы (максимумы), а в точках, где разность хода равна , и т.д. – темные полосы (минимумы). Если на испытуемой поверхности есть выступы или неровности, то в этих местах изменится длина пути луча 2, и интерференционные максимумы соответственно сдвигаются, как показано на рис. 6б. Если неровности на испытуемой поверхности имеют глубину , то добавочная разность хода луча 2 равна . В результате интерференционная полоса искривится и достигнет положения, соответствующего минимуму следующего порядка.

Рис. 6 Вид интерференционных полос в микроскопе: а) в случае обработки с высокой степенью точности; б) в случае наличия на поверхности неровностей .

Микроинтерферометр МИИ-4 (рис.7) имеет круглое основание. К верхнему концу основания привинчена полая цилиндрическая колонка, на которой установлен предметный столик 1. Образец устанавливается на предметном столике исследуемой поверхностью вниз. При помощи двух микрометрических винтов 2 столик можно перемещать в двух взаимно перпендикулярных направлениях, величину перемещения столика отсчитывают по шкалам барабанов винтов. В колонке под углом 70⁰ к вертикальной оси расположен визуально тубус 3, в отверстие которого устанавливают окуляр со шкалой или сеткой, предназначенной для измерения ширины полос и их искривления. Фокусировка микроскопа на объект осуществляется перемещением интерференционной головки (описание головки см. ниже) при вращении микрометрического винта 4. Величина вертикального перемещения интерференционной головки может быть отсчитана по шкале барабана этого микрометрического винта. Интерференционная головка укреплена на внутреннем стакане микроскопа. Она состоит из левой, средней и правой частей. Левая часть головки включает в себя фонарь 5 с центровочными винтами и трубку 6, в которую вмонтирована осветительная часть системы. В трубке установлена горизонтально выдвигающаяся пластинка 7 с тремя отверстиями. В двух крайних отверстиях этой пластинки закреплены светофильтры (зеленый и желтый) для получения монохроматического света, среднее отверстие, свободное, используется при работе в обычном белом свете. В корпусе средней части установлены разделительная пластинка и компенсатор (Р и К – рис.5). Рукоятка 8 служит для включения шторки. При включенной шторке лучи не попадают в объектив и зеркальце , и интерференционная картина в окуляре отсутствует. На торце рукоятки 8 нанесена стрелка, указывающая положение шторки. В правой части имеется устройство для изменения ширины и направления интерференционных полос. Ширина полос изменяется вращением винта 10 вокруг оси. Изменение направления полос производится этим же винтом путем вращения его вокруг оси интерференционной головки. Винт 11 служит для смещения интерференционных полос в поле зрения микроскопа.

Центровочный винт не перемещать, т.к. прибор настроен и отцентрирован!

Питание прибора производится через трансформатор 12.

Рис.7. Внешний вид интерферометра Линника

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Включить лампу прибора и положить на предметный столик 1 исследуемый объект.

2. Повернуть рукоятку 8 так, чтобы стрелка на ней стояла вертикально.

3. С помощью микрометрического винта 4 сфокусировать микроинтерферометр на исследуемую поверхность так, чтобы была видна обработка поверхности образца.

4. Поворотом рукоятки 8 включить правую часть интерференционной головки (стрелка на рукоятке должна быть в горизонтальном положении), при этом в поле зрения должны быть видны интерференционные полосы, но если они не наблюдаются, то микрометрическим винтом 4, поворачивая его по часовой стрелке, снова сфокусировать исследуемую поверхность, пока не появятся интерференционные полосы.

5. С помощью микрометрического винта 4 добиться наиболее резкого изображения полос. В поле зрения видны одновременно интерференционная картина и исследуемая поверхность.

6. Поворотом винта 10 вокруг оси интерференционной головки установить интерференционные полосы перпендикулярно к следам обработки поверхности (бороздам). Для работы с монохроматическим светом можно включить один из светофильтров перемещением до упора пластинки 7. При работе в белом свете интерференционная картина окрашена. Винтовой окулярный микрометр 3 следует установить на тубусе микроскопа до упора, затем повернуть так, чтобы одна из нитей перекрытия совпала с направлением интерференционных полос, другая - с направлением царапин на исследуемой поверхности.

7. Измерения состоят из двух операций:

а) измерение величины интервала между полосами;

б) измерение величины изгиба полос.

При работе с белым светом все измерения производятся по двум черным полосам.

а) Величина интервала между полосами выражается числом делений шкалы барабана окулярного микрометра. Для большей точности измерения наводку нити перекрестия сетки окулярного микрометра лучше производить по середине, а не по краям полосы (рис. 8). Первый отсчет производится по шкале барабана винтового окулярного микрометра при совмещении одной из нитей перекрестия подвижной сетки с серединой полосы, затем совмещают эту же нить перекрестия с серединой следующей полосы и получают второй отсчет ; при этом необходимо сосчитать число интервалов п между полосами. Обозначим .

Рис. 8 Вид узкой полоски поля зрения прибора в увеличенном масштабе. Указано правильное расположение горизонтального штриха перекрестия винтового окулярного микрометра при изменении

б) Величину изгиба полос также выражают в делениях шкалы барабана винтового окулярного микрометра. Одну из нитей перекрестия сетки микрометра совмещают с серединой полосы и по шкалам окулярного микрометра снимают отсчет . Затем нить перекрестия совмещают с серединой той же полосы в месте изгиба и получают второй отсчет . Величина изгиба полосы в долях интервала между полосами выражается как отношение величины искривления полос ( ) к интервалу между полосами ( ):

.

Как было сказано выше, искривление в одну интерференционную полосу соответствует высоте неровности на исследуемой поверхности, равной . В таком случае, измеренная высота неровности Н вычисляется по формуле:

,

где – длина волны используемого света.

Если работа выполняется в белом свете, то принимают равным 0,55 мк, тогда =0,27 мк. Формула для вычисления высоты неровности имеет вид:

(мк).

Для определения Н_ср необходимо снять с исследуемого участка поверхности не менее трех замеров. Длина волн желтого цвета – 0,585 мк, зеленого – 0,567 мк. Данные измерений и вычислений заносят в таблицу.

Таблица 1.

№ опыта					а		п	Н (мк)
	СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ Н = ……. Мк

Класс чистоты обработки поверхности тела можно определить на основании данных справочной таблицы 2.

Таблица 2.

Для получения информации о качестве обработки всей поверхности необходимо провести 3-5 замеров для разных участков поверхности. Для каждого из этих участков определить глубины царапин (канавок, возникших при обработке). На основании таблицы 2 определить класс чистоты поверхности. По своим данным сделать выводы, в каких пределах заключены показатели качества обработки поверхности.