一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法技术

技术编号:13746124 阅读:312 留言:0更新日期:2016-09-24 00:03
本发明专利技术公开了一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,具体按照以下步骤实施:步骤1:测量平凸透镜基准曲率半径;步骤2:测量不同应力作用下的平凸透镜曲率半径;步骤3:线性拟合得到应力和平凸透镜曲率半径的关系公式;步骤4:确定平凸透镜发生形变后的曲率半径真值R*。本发明专利技术一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,可显著提高较大应力作用情况下应用牛顿环测平凸透镜曲率半径的测量精度。应用本发明专利技术一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其对应的测量相对误差减小到0.6%以下,而传统测量方法引起的测量误差一般大于3%。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量
,具体涉及一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法
技术介绍
牛顿环是典型的等厚干涉现象,应用领域广泛,可应用于判断透镜表面凹凸、测量透镜表面曲率半径、精确检验光学元件表面质量和测量折射率等,其在光学测量方面的重要应用之一是测量平凸透镜的曲率半径。在传统测量方法中,对测量结果影响最大的是牛顿环仪三个螺丝的松紧程度不同所导致的牛顿环变形应力,实验表明,在同等测量条件下,螺丝拧得越紧测量误差越大,目前已有的应用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的测量方法无法消除螺丝松紧程度对测量结果的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,解决了现有的应用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的测量方法无法消除螺丝松紧程度对测量结果的影响的问题。本专利技术所采用的技术方案是,一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,具体按照以下步骤实施:步骤1:测量平凸透镜基准曲率半径;步骤2:测量不同应力作用下的平凸透镜曲率半径;步骤3:线性拟合得到应力和平凸透镜曲率半径的关系公式;步骤4:确定平凸透镜发生形变后的曲率半径真值R*。本专利技术的特点还在于,步骤1具体为:调整牛顿环仪的螺丝处于松弛状态,记录应力为F0=0,然后多次测量平凸透镜的曲率半径,求多次测量的曲率半径的平均值,将求得的平均值作为应力F0条件下的平凸透镜的基准曲率半径R0。步骤2具体为:继续调整牛顿环仪的螺丝的松紧,确定出最大应力为Fmax,之后每次以应力增量值ΔF=(Fmax-F0)/n调整螺丝,第i次调整螺丝时的应力Fi=F0+iΔF,对应的平凸透镜的曲率半径为Ri,其中0≤i≤n。每调整一次螺丝应力状态Fi,采用逐差法多次测量曲率半径,并将多次测量结果的平均值作为应力Fi条件下平凸透镜的曲率半径Ri。步骤3具体为:根据得到的多组应力Fi和曲率半径Ri进行线性拟合,得到拟合公式为:R=aF+b。步骤4具体为:固定螺丝后,记录传感器采集的应力F*,将应力F*代入拟合公式,计算得到R*即为在该螺丝松紧程度下平凸透镜发生形变后的曲率半径真值。测量平凸透镜曲率半径所采用的牛顿环仪的具体结构为:包括底座,底座的凹槽中放置有传感器,传感器的探头高于底座的凹槽上表面,传感器的探头上放置有平面镜,平面镜上放置有平凸透镜,平凸透镜的凸面与平面镜接触,平凸透镜的平面边缘上放置有上盖,上盖通过螺丝与底座连接,上盖与底座之间有空隙;传感器、平面镜平凸透镜同轴,平凸透镜的上方设置有反射镜,反射镜的上方设置有读数显微镜,反射镜和读数显微镜均在平凸透镜的轴线上,反射镜的一侧设置有钠光灯,钠光灯的光源经反射镜入射到平凸透镜中;传感器的信号线穿过底座上的通孔与测量仪器连接,测量仪器用于显示传感器采集到的应力。传感器采用型号为HT-7303M3。本专利技术的有益效果是:本专利技术一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,可显著提高较大应力作用情况下应用牛顿环测平凸透镜曲率半径的测量精度。应用本专利技术一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其对应的测量相对误差减小到0.6%以下,而传统测量方法引起的测量误差一般大于3%。附图说明图1是本专利技术平凸透镜曲率半径测量方法中牛顿环仪的结构示意图;图2是本专利技术平凸透镜曲率半径测量方法中测量仪器的工作原理流程图;图3是本专利技术平凸透镜曲率半径测量方法中拟合公式和曲率半径随应力变化趋势图;图4是应力校准前曲率半径随应力F变化趋势图;图5是应力校准后相对误差随应力F变化趋势图;图6是应力校准前后相对误差随应力F趋势对比图。图中,1.钠光灯,2.读数显微镜,3.反射镜,4.固定螺丝,5.上盖,6.底座,7.传感器,8.通孔,9.测量仪器,10.平面镜,11.平凸透镜。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。根据平凸透镜受力情况的力学分析可知,当螺丝松紧程度不同时,上盖对平凸透镜的作用力不同,而平凸透镜和平面镜之间就会产生相互作用力F,在此称之为应力F。故每次调整螺丝松紧程度时,应力F也会不同,螺丝拧得越紧应力F绝对值会越大。平凸透镜受到平面镜施加的应力F会发生小扰度形变,进而平凸透镜的曲率半径也会发生改变,牛顿环图像也会发生变形,应力F越大,平凸透镜发生的形变就越大,平凸透镜的曲率半径R绝对值也会越大。由于传统牛顿环仪中平凸透镜受到的应力F是未知的,本专利技术使用如图1所示的牛顿环仪测量平凸透镜的曲率半径,具体结构为:包括底座6,底座6的凹槽中放置有传感器7(传感器7采用型号为HT-7303M3),传感器7的探头高于底座6的凹槽上表面,传感器7的探头上放置有平面镜10,平面镜10上放置有平凸透镜11(平凸透镜11由于凸面曲率半径R较大,外观可近似为圆形薄板),平凸透镜11的凸面与平面镜10接触,平面镜10除与平凸透镜11和传感器7接触外不与其他任何部件接触,平凸透镜11的平面边缘上放置有上盖5,上盖5通过螺丝4与底座6连接,螺丝4拧紧的过程中,上盖5不会与底座6相接触,即上盖5与底座6之间有空隙;传感器7、平面镜10、平凸透镜11同轴,平凸透镜11的上方设置有反射镜3,反射镜3的上方设置有读数显微镜2,反射镜3和读数显微镜2均在平凸透镜11的轴线上,反射镜3的一侧设置有钠光灯1,钠光灯1提供光源,钠光灯1的光源经反射镜3入射到平凸透镜11中,最后通过读数显微镜2读取牛顿环暗环半径,来计算平凸透镜11的曲率半径;传感器7的信号线穿过底座6上的通孔8与测量仪器9连接,测量仪器9用于显示传感器7采集到的应力。其中,与传感器7配套的测量仪器9的工作原理如图2所示,传感器7受应力F作用输出相应的电压信号,应力F和电压值的大小成线性关系,传感器7型号为HT-7303M3,额定供电电源条件下,电压信号小于10毫伏,为了方便单片机控制模数转换,首先将传感器7输出信号经过变送器将微弱小信号进行适当放大,然后使用单片机(MSP430)控制模数转换将模拟信号转换为数字信号,最后通过液晶显示屏(1602液晶显示)将转换结果进行显示。本专利技术一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,具体按照以下步骤实施:步骤1:测量平凸透镜11基准曲率半径(没有应力变形情况下的理想曲率半径)调整螺丝4处于松弛状态。该条件满足经典牛顿环理论要求的理想状态,记录应力为F0=0,由于螺丝4处于松弛状态,F0等于0,即平凸透镜11未发生形变,此时利用逐差法测量平凸透镜11的曲率半径与标准值最为接近,然后多次测量平凸透镜11的曲率半径,求多次测量的曲率半径的平均值,将求得的平均值作为应力F0条件下的平凸透镜11的基准曲率半径R0。步骤2:测量不同应力作用下的平凸透镜曲率半径调整螺丝的松紧程度,确定出平凸透镜11和平面镜10之间应力F的取值范围,即确定出最大应力为Fmax,为了精确反映应力F和曲率半径的关系,之后每次以应力增量值ΔF=(Fmax-F0)/n调整螺丝4,第i次调整螺丝4时的应力Fi=F0+iΔF,每调整一次螺丝4应力状态Fi,就测量并记录一个对应的平凸透镜11曲率半径:采用逐差法多次测量曲率半径,并将多次测量结果的平均值作为应力Fi条件下平凸透镜11的曲率半径Ri,其中0≤i≤n。本专利技术中共采集24组数据,应力增量值ΔF=2.5N,每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:测量平凸透镜基准曲率半径;步骤2:测量不同应力作用下的平凸透镜曲率半径;步骤3:线性拟合得到应力和平凸透镜曲率半径的关系公式;步骤4:确定平凸透镜发生形变后的曲率半径真值R*。

【技术特征摘要】
1.一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:测量平凸透镜基准曲率半径;步骤2:测量不同应力作用下的平凸透镜曲率半径;步骤3:线性拟合得到应力和平凸透镜曲率半径的关系公式;步骤4:确定平凸透镜发生形变后的曲率半径真值R*。2.根据权利要求1所述的一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,所述步骤1具体为:调整牛顿环仪的螺丝处于松弛状态,记录应力为F0=0,然后多次测量平凸透镜的曲率半径,求多次测量的曲率半径的平均值,将求得的平均值作为应力F0条件下的平凸透镜的基准曲率半径R0。3.根据权利要求1所述的一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,所述步骤2具体为:继续调整牛顿环仪的螺丝的松紧,确定出最大应力为Fmax,之后每次以应力增量值ΔF=(Fmax-F0)/n调整螺丝,第i次调整螺丝时的应力Fi=F0+iΔF,对应的平凸透镜的曲率半径为Ri,其中0≤i≤n。4.根据权利要求3所述的一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,所述每调整一次螺丝应力状态Fi,采用逐差法多次测量曲率半径,并将多次测量结果的平均值作为应力Fi条件下平凸透镜的曲率半径Ri。5.根据权利要求4所述的一种基于应力校准的平凸透镜曲率半径测量方法,其特征在于,所述步骤3具体为:根据得到的多组应力Fi和曲率半径Ri进行线性拟合,得到拟合公式为:R=aF+b。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:郭长立王守全冯小强郭朝霞杨易
申请(专利权)人:西安科技大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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