一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法技術

本發明專利技術公開了一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：測量平凸透鏡基準曲率半徑；步驟2：測量不同應力作用下的平凸透鏡曲率半徑；步驟3：線性擬合得到應力和平凸透鏡曲率半徑的關系公式；步驟4：確定平凸透鏡發生形變后的曲率半徑真值R*。本發明專利技術一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，可顯著提高較大應力作用情況下應用牛頓環測平凸透鏡曲率半徑的測量精度。應用本發明專利技術一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其對應的測量相對誤差減小到0.6％以下，而傳統測量方法引起的測量誤差一般大于3％。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于光學測量
，具體涉及一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法。
技術介紹
牛頓環是典型的等厚干涉現象，應用領域廣泛，可應用于判斷透鏡表面凹凸、測量透鏡表面曲率半徑、精確檢驗光學元件表面質量和測量折射率等，其在光學測量方面的重要應用之一是測量平凸透鏡的曲率半徑。在傳統測量方法中，對測量結果影響最大的是牛頓環儀三個螺絲的松緊程度不同所導致的牛頓環變形應力，實驗表明，在同等測量條件下，螺絲擰得越緊測量誤差越大，目前已有的應用牛頓環測量平凸透鏡曲率半徑的測量方法無法消除螺絲松緊程度對測量結果的影響。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，解決了現有的應用牛頓環測量平凸透鏡曲率半徑的測量方法無法消除螺絲松緊程度對測量結果的影響的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：測量平凸透鏡基準曲率半徑；步驟2：測量不同應力作用下的平凸透鏡曲率半徑；步驟3：線性擬合得到應力和平凸透鏡曲率半徑的關系公式；步驟4：確定平凸透鏡發生形變后的曲率半徑真值R*。本專利技術的特點還在于，步驟1具體為：調整牛頓環儀的螺絲處于松弛狀態，記錄應力為F0＝0，然后多次測量平凸透鏡的曲率半徑，求多次測量的曲率半徑的平均值，將求得的平均值作為應力F0條件下的平凸透鏡的基準曲率半徑R0。步驟2具體為：繼續調整牛頓環儀的螺絲的松緊，確定出最大應力為Fmax，之后每次以應力增量值ΔF＝(Fmax-F0)/n調整螺絲，第i次調整螺絲時的應力Fi＝F0+iΔF，對應的平凸透鏡的曲率半徑為Ri，其中0≤i≤n。每調整一次螺絲應力狀態Fi，采用逐差法多次測量曲率半徑，并將多次測量結果的平均值作為應力Fi條件下平凸透鏡的曲率半徑Ri。步驟3具體為：根據得到的多組應力Fi和曲率半徑Ri進行線性擬合，得到擬合公式為：R＝aF+b。步驟4具體為：固定螺絲后，記錄傳感器采集的應力F*，將應力F*代入擬合公式，計算得到R*即為在該螺絲松緊程度下平凸透鏡發生形變后的曲率半徑真值。測量平凸透鏡曲率半徑所采用的牛頓環儀的具體結構為：包括底座，底座的凹槽中放置有傳感器，傳感器的探頭高于底座的凹槽上表面，傳感器的探頭上放置有平面鏡，平面鏡上放置有平凸透鏡，平凸透鏡的凸面與平面鏡接觸，平凸透鏡的平面邊緣上放置有上蓋，上蓋通過螺絲與底座連接，上蓋與底座之間有空隙；傳感器、平面鏡平凸透鏡同軸，平凸透鏡的上方設置有反射鏡，反射鏡的上方設置有讀數顯微鏡，反射鏡和讀數顯微鏡均在平凸透鏡的軸線上，反射鏡的一側設置有鈉光燈，鈉光燈的光源經反射鏡入射到平凸透鏡中；傳感器的信號線穿過底座上的通孔與測量儀器連接，測量儀器用于顯示傳感器采集到的應力。傳感器采用型號為HT-7303M3。本專利技術的有益效果是：本專利技術一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，可顯著提高較大應力作用情況下應用牛頓環測平凸透鏡曲率半徑的測量精度。應用本專利技術一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其對應的測量相對誤差減小到0.6％以下，而傳統測量方法引起的測量誤差一般大于3％。附圖說明圖1是本專利技術平凸透鏡曲率半徑測量方法中牛頓環儀的結構示意圖；圖2是本專利技術平凸透鏡曲率半徑測量方法中測量儀器的工作原理流程圖；圖3是本專利技術平凸透鏡曲率半徑測量方法中擬合公式和曲率半徑隨應力變化趨勢圖；圖4是應力校準前曲率半徑隨應力F變化趨勢圖；圖5是應力校準后相對誤差隨應力F變化趨勢圖；圖6是應力校準前后相對誤差隨應力F趨勢對比圖。圖中，1.鈉光燈，2.讀數顯微鏡，3.反射鏡，4.固定螺絲，5.上蓋，6.底座，7.傳感器，8.通孔，9.測量儀器，10.平面鏡，11.平凸透鏡。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術進行詳細說明。根據平凸透鏡受力情況的力學分析可知，當螺絲松緊程度不同時，上蓋對平凸透鏡的作用力不同，而平凸透鏡和平面鏡之間就會產生相互作用力F，在此稱之為應力F。故每次調整螺絲松緊程度時，應力F也會不同，螺絲擰得越緊應力F絕對值會越大。平凸透鏡受到平面鏡施加的應力F會發生小擾度形變，進而平凸透鏡的曲率半徑也會發生改變，牛頓環圖像也會發生變形，應力F越大，平凸透鏡發生的形變就越大，平凸透鏡的曲率半徑R絕對值也會越大。由于傳統牛頓環儀中平凸透鏡受到的應力F是未知的，本專利技術使用如圖1所示的牛頓環儀測量平凸透鏡的曲率半徑，具體結構為：包括底座6，底座6的凹槽中放置有傳感器7(傳感器7采用型號為HT-7303M3)，傳感器7的探頭高于底座6的凹槽上表面，傳感器7的探頭上放置有平面鏡10，平面鏡10上放置有平凸透鏡11(平凸透鏡11由于凸面曲率半徑R較大，外觀可近似為圓形薄板)，平凸透鏡11的凸面與平面鏡10接觸，平面鏡10除與平凸透鏡11和傳感器7接觸外不與其他任何部件接觸，平凸透鏡11的平面邊緣上放置有上蓋5，上蓋5通過螺絲4與底座6連接，螺絲4擰緊的過程中，上蓋5不會與底座6相接觸，即上蓋5與底座6之間有空隙；傳感器7、平面鏡10、平凸透鏡11同軸，平凸透鏡11的上方設置有反射鏡3，反射鏡3的上方設置有讀數顯微鏡2，反射鏡3和讀數顯微鏡2均在平凸透鏡11的軸線上，反射鏡3的一側設置有鈉光燈1，鈉光燈1提供光源，鈉光燈1的光源經反射鏡3入射到平凸透鏡11中，最后通過讀數顯微鏡2讀取牛頓環暗環半徑，來計算平凸透鏡11的曲率半徑；傳感器7的信號線穿過底座6上的通孔8與測量儀器9連接，測量儀器9用于顯示傳感器7采集到的應力。其中，與傳感器7配套的測量儀器9的工作原理如圖2所示，傳感器7受應力F作用輸出相應的電壓信號，應力F和電壓值的大小成線性關系，傳感器7型號為HT-7303M3，額定供電電源條件下，電壓信號小于10毫伏，為了方便單片機控制模數轉換，首先將傳感器7輸出信號經過變送器將微弱小信號進行適當放大，然后使用單片機(MSP430)控制模數轉換將模擬信號轉換為數字信號，最后通過液晶顯示屏(1602液晶顯示)將轉換結果進行顯示。本專利技術一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：測量平凸透鏡11基準曲率半徑(沒有應力變形情況下的理想曲率半徑)調整螺絲4處于松弛狀態。該條件滿足經典牛頓環理論要求的理想狀態，記錄應力為F0＝0，由于螺絲4處于松弛狀態，F0等于0，即平凸透鏡11未發生形變，此時利用逐差法測量平凸透鏡11的曲率半徑與標準值最為接近，然后多次測量平凸透鏡11的曲率半徑，求多次測量的曲率半徑的平均值，將求得的平均值作為應力F0條件下的平凸透鏡11的基準曲率半徑R0。步驟2：測量不同應力作用下的平凸透鏡曲率半徑調整螺絲的松緊程度，確定出平凸透鏡11和平面鏡10之間應力F的取值范圍，即確定出最大應力為Fmax，為了精確反映應力F和曲率半徑的關系，之后每次以應力增量值ΔF＝(Fmax-F0)/n調整螺絲4，第i次調整螺絲4時的應力Fi＝F0+iΔF，每調整一次螺絲4應力狀態Fi，就測量并記錄一個對應的平凸透鏡11曲率半徑：采用逐差法多次測量曲率半徑，并將多次測量結果的平均值作為應力Fi條件下平凸透鏡11的曲率半徑Ri，其中0≤i≤n。本專利技術中共采集24組數據，應力增量值ΔF＝2.5N，每本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1：測量平凸透鏡基準曲率半徑；步驟2：測量不同應力作用下的平凸透鏡曲率半徑；步驟3：線性擬合得到應力和平凸透鏡曲率半徑的關系公式；步驟4：確定平凸透鏡發生形變后的曲率半徑真值R*。

【技術特征摘要】
1.一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1：測量平凸透鏡基準曲率半徑；步驟2：測量不同應力作用下的平凸透鏡曲率半徑；步驟3：線性擬合得到應力和平凸透鏡曲率半徑的關系公式；步驟4：確定平凸透鏡發生形變后的曲率半徑真值R*。2.根據權利要求1所述的一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，所述步驟1具體為：調整牛頓環儀的螺絲處于松弛狀態，記錄應力為F0＝0，然后多次測量平凸透鏡的曲率半徑，求多次測量的曲率半徑的平均值，將求得的平均值作為應力F0條件下的平凸透鏡的基準曲率半徑R0。3.根據權利要求1所述的一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，所述步驟2具體為：繼續調整牛頓環儀的螺絲的松緊，確定出最大應力為Fmax，之后每次以應力增量值ΔF＝(Fmax-F0)/n調整螺絲，第i次調整螺絲時的應力Fi＝F0+iΔF，對應的平凸透鏡的曲率半徑為Ri，其中0≤i≤n。4.根據權利要求3所述的一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，所述每調整一次螺絲應力狀態Fi，采用逐差法多次測量曲率半徑，并將多次測量結果的平均值作為應力Fi條件下平凸透鏡的曲率半徑Ri。5.根據權利要求4所述的一種基于應力校準的平凸透鏡曲率半徑測量方法，其特征在于，所述步驟3具體為：根據得到的多組應力Fi和曲率半徑Ri進行線性擬合，得到擬合公式為：R＝aF+b。6.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭長立，王守全，馮小強，郭朝霞，楊易，
申請(專利權)人：西安科技大學，
類型：發明
國別省市：陜西;61