Szög és görbület mérése autokollimációs távcsővel

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Szög és görbület mérése autokollimációs távcsővel"

Ödön Székely
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék Szög és görbület mérése autokollimációs távcsővel Segédlet az Optika (BMEGEMIMM21) tantárgy laboratóriumi méréseihez 2017.

A mérés célja és elméleti háttere Jelen mérésünk célja a tanszéki autokollimátor megismerése, és segítségével néhány egyszerű mérés megvalósítása, síklapúsági hiba, optikai ékek és

2 A mérés célja és elméleti háttere Jelen mérésünk célja a tanszéki autokollimátor megismerése, és segítségével néhány egyszerű mérés megvalósítása, síklapúsági hiba, optikai ékek és domborúság-homorúság vizsgálata. Az autokollimációs távcső - röviden autokollimátor egy nagy pontosságú mérést lehetővé tevő berendezés, segítségével meghatározhatók egy planparallel üveg lemez két sík felülete közötti igen kis szögeltérések. Ezen kívül alkalmas optikai ékek, prizmák szögének meghatározására (derékszög hibák), valamint gömbfelületek rádiuszának mérésére is. A működés elve: A műszer objektívjének fókuszában elhelyezett szálkeresztnek a vizsgált felületről visszavert képét vizsgáljuk. Síkpárhuzamos üveglemez esetén tehát visszaverődést 1. ábra - Elcsúszott szálkeresztek képe tapasztalunk a felső és az alsó üveg-levegő határról is. Amennyiben nem tökéletes a párhuzamosság, vagyis mind a felső, mind az alsó üveg-levegő határ visszavert képe eltér az optikai tengelyre merőlegestől, akkor a skála képei elcsúsznak a skála közepéhez viszonyítva. Ezt az elcsúszást láthatjuk az okuláron keresztül (ld.1. ábra). A 2. ábra a sugármenetek elvi rajzát mutatja. Vegyünk egy olyan munkadarabot (üveglemezt, optikai éket), amely ránézésre tökéletes síkpárhuzamos (planparallel) üveglemez a valóságban az egyik felülete tökéletesen merőleges az objektív optikai tengelyére, a másik szöget zár be az előbbi felülettel. A fókuszba helyezett szálkereszt az = 500 [ ] távolságra lévő objektívlencsén keresztül vetül a ferde felületű munkadarabra. Ilyenkor a visszaverődő fénysugarak könnyen látható, hogy 2 szöggel térítik el a szálkereszt képét a nullpozícióhoz képest, vagyis a kitérítés mértéke = tan(2 ) Szerencsénkre ezt a képletet nem kell jelen mérés során használnunk, a tanszéki autokollimátor ugyanis az okulárjában már a végleges szögértéket mutatja, nem az elmozdulás hosszmértékét. 2. ábra - Autokollimátor sugármenetének elvi rajza Ha forgatjuk az üvegtestet a talapzaton, megfigyelhetjük, hogy a szállemez képek egymáshoz képest úgy mozdulnak el, hogy az általuk kifeszített téglalap átlója állandó. Ha a forgatáskor a függőleges vagy a vízszintes szálak egybeesnek, akkor a rá merőleges szálak között a skálán leolvasható az ékesség szöge. 1

Nagyon fontos, hogy alapállapotban, ha optikai ékeket vizsgálunk, az objektív skálája legyen nullára állítva!

3 Meg kell még említenünk az objektív oldalán látható dupla számozású (piros és fehér) skálát (ld. 3. ábra). Ennek a skálának a segítségével tudunk homorú, domború felületeket is vizsgálni, ezen gömbfelületeknek a sugarát kiszámolni. Nagyon fontos, hogy alapállapotban, ha optikai ékeket vizsgálunk, az objektív skálája legyen nullára állítva! Amennyiben olyan munkadarabot helyezünk az objektív alá, amelynek valamely, vagy mindkét felülete homorú vagy domború, úgy a visszaverődő szálkereszt-képek közül az, amelyik nem síklapról verődik vissza, életlenné válik. Ha olyan munkadarabbal találkozunk, amelynek egyik felülete sík, másik homorú vagy domború, akkor az objektívet addig toljuk el, amíg az eddig életlen szálkereszt élessé nem válik (természetesen ezáltal az eddig élesen látott szálkereszt életlen lesz). Feljegyezzük az eltoláshoz tartozó értéket a skálán. A skálán lévő számozás mm értékű. Az alábbi képlet segítségével tudjuk kiszámítani a gömbfelület sugarát: 3. ábra - Az autokollimátor objektív elmozdításának mértékét jelző skála = ahol a [görög nű] az autokollimátor objektív elmozdulásának a mértéke, tehát az a számérték, amennyivel elforgattuk az objektívet. Az, a kollimátor objektívjének fókusza 500. Az elmozdítás iránya más domború, és más homorú gömbfelület mérésénél. A domború gömbfelület mérésekor a távcső objektívjét a szállemeztől távolítani kell (kifelé csavarni piros színű skála), míg homorú gömbfelület vizsgálatakor a távcső objektívjét a szállemez felé kell elmozdítani (befelé csavarni fehér színű skála). Az eszköz főbb részei 1: Autokollimátor objektíve 2: Százalékos tükör 3: Szállemez 4: Fényforrás 5: Görbületmérő skála 6: Kiértékelő skála szállemeze 7: Okulár és dioptria-állító 8: Munkadarab 9: Állítható asztal 10: Szintezhető, forgó asztal 11-14: Állvány részei 4. ábra - Az autokollimációs távcső főbb részei 2

Az eszköz kezelése Az eszközt használat előtt csatlakoztatjuk a hálózathoz. Ez biztosítja a tápfeszültséget az autokollimátor fényforrásához egy tanszformátoron keresztül.

(A másik potenciométer inaktív.) 5. ábra - Az okulár A vizsgálandó mintát az objektív alatt elhelyezkedő asztalra kell helyezni. Ez az asztal három szintező segítségével megdönthető.

4 Az eszköz kezelése Az eszközt használat előtt csatlakoztatjuk a hálózathoz. Ez biztosítja a tápfeszültséget az autokollimátor fényforrásához egy tanszformátoron keresztül. A műszerhez tartozik egy fényerősség-szabályozó, rajta egy forgatható potenciométer, amellyel a fényforrás fényerejét befolyásolhatjuk, lehetővé téve az ergonomikus mérést. (A másik potenciométer inaktív.) 5. ábra - Az okulár A vizsgálandó mintát az objektív alatt elhelyezkedő asztalra kell helyezni. Ez az asztal három szintező segítségével megdönthető. Jelen mérés során ezt nem kell használnunk, be van állítva, amennyiben prizmák derékszögességét vizsgálnánk, akkor lenne ennek szerepe. Fontos megjegyezni, hogy az egyenetlen felszínű asztal tükröz ugyan, de szórja a fényt. Ezt az okulárban úgy észlelhetjük, hogy a szálkeresztek elmosódnak. 6. ábra - A mintatartó asztal Fontos! Ha a mérendő testet az objektív alá helyezve látjuk a skálában a szálkereszt képeit, semmiképpen se nyúljunk a szintező görgőkhöz. A szintező görgők segítségével apró mértékben dönthető meg az asztal, viszont a mérési összeállításnak olyan nagy az érzékenysége, hogy adott esetben egy órába is telhet megtalálni újra a szálkereszt képét! 3

5 A mérési feladatok Két mérési feladatot kell elvégezni: 1.) Meg kell mérni egy planparallel lemez két felületének egymáshoz képesti szögét. 2.) Meg kell mérni egy szférikus a síkhoz közel álló (nagy görbületi sugarú) felület görbületi sugarát. A mérés elvégzése 1. Csatlakoztassuk a berendezést a hálózathoz! Helyezzünk be egy egyszínű, sötét anyagot (kartonpapír, szövet) az asztalra, a mérendő munkadarab alá. Az okulárban látható szögskálán leolvashatjuk a merőlegestől való szögeltérést. 2. Határozza meg az autokollimátor elméleti feloldási határát! Egy optikai eszköz elméleti feloldási (vagy felbontási) határa az a legkisebb látószög (α [rad]), amely mellett két szomszédos pont még egyértelműen különállónak látszik. Az alábbi képlet (Rayleighkritérium) alapján határozhatjuk meg az értékét, ahol λ [m] jelöli a felhasznált fény közepes hullámhosszát (esetünkben λ 550 nm), d [m] pedig a távcső szabad belépő nyílásának átmérőjét (d = 50 mm). = 1,22 3. Minősítse a vizsgálandó síkpárhuzamos üveglemezeket! Mekkora a párhuzamosságtól való eltérés? 4. Vizsgáljon meg egy homorú vagy domború üvegtestet és határozza meg a görbületi sugarát! Milyen skálát lát a műszer látómezejében? Mi a mérési tartomány? Mekkora felbontással tud szögeltérést mérni? 4

Hasonló dokumentumok

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: 008. 11. 1. Leadás dátuma: 008. 11. 19. 1 1. A mérési összeállítás A méréseket speciális szögmérő eszközzel