Оптических измерений

6.10. Основные типы и области применения: а) штангенинструментов; б) микрометрических инструментов; в) рычажно-механических инструментов; г) рычажно-оптических инструментов; д) инструментальных микроскопов.

Оптическое Определенный комплекс оптических свойств — показателя преломления и дисперсии световых лучей Производство оптических инструментов (луп, окуляров и пр.), приборов (микроскопов, фотокинопроекционной аппаратуры и пр.), оптико-технических устройств (рефлекторов, отражателей и пр.) и астрономических приборов

Благодаря мелкозернистости, теплостойкости, постоянству размеров и четкости изображения из светочувствительного стекла можно изготовлять визирные сетки оптических инструментов, отличающиеся высокой разрешающей способностью, растры для полутоновой печати, микрофотографии, диапозитивы для проекционных

Прямолинейность станины в горизонтальной плоскости водяным зеркалом проверить нельзя. При отсутствии оптических инструментов эту проверку лучше всего осуществить струной. Для этого вдоль всей станины на равном расстоянии от концевых точек натягивают струну (фиг. 241, а). Положение остальных точек устанавливают с помощью микроскопа, установленного на подвижном мостике. Для этой цели можно пользоваться любым измерительным микроскопом, имеющим штриховую шкалу в поле зрения. Точность выверки зависит от цены деления шкалы микроскопа. За неимением специального микроскопа можно вос-

В 50—70-х годах XIX в. в самостоятельную дисциплину, тесно связанную с инструментоведением, оформляется теория оптических инструментов, с помощью которой на основе достижений в расчетах оптических систем, разработке теории аберраций и технологии оптического стекла стали успешно решать задачу установления оптимальных условий для получения правильного изображения наблюдаемого объекта, подобного ему по геометрическому виду и по распределению яркости. Именно в этот период немецкий ученый К. Ф. Гаусс, отказавшись от понятия идеальной оптической системы, разработал методику расчета оптических систем с учетом толщины оптических деталей, положенную в основу современных оптических расчетов. Именно в этот период были разработаны и внедрены в производство прогрессивные методы варки оптического стекла с заданными свойствами. В значительной степени быстрому развитию точного приборостроения способствовало создание ряда оптических инструментов, предназначенных для сборки, юстировки и контроля точных приборов в процессе их изготовления и эксплуатации. Новая отрасль — металлография позволила применять при изготовлении приборов металлы, удовлетворяющие определенным механическим (повышенная твердость, незначительный износ), физическим (малый коэффициент расширения, иногда отсут-

Таким образом, согласно теории Гельмгольца, существуют два рода явлений, ставящих предел разрешающей способности микроскопа: 1) уменьшение яркости изображения с ростом увеличения; 2) дифракция. По мере повышения увеличения неизбежно падает яркость изображения и растет дифракция, причем это ни в коей мере не зависит от конструкции микроскопа и является общим законом для всех оптических инструментов.

После нескольких лет упорного труда ученого были впервые выпущены объективы оптических инструментов, изготовленные и рассчитанные исключительно на основании теоретических соображений и инженерных расчетов. В 1873 г. Аббе опубликовал свои исследования о микроскопе [54]. Этот оптический инструмент предстал в совершенно новом свете: впервые были выяснены функции объектива и окуляра, проведена классификация различных аберраций, разработана теория микроскопического изображения и, наконец, были установлены пределы разрешающей способности оптических инструментов.

Другой характерной чертой этого периода является расширение областей применения технической оптики, для чего используются инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение и люминесценция. В результате исследований инфракрасного диапазона спектра и возможностей широкого практического использования этого вида излучения появилась новая область науки и техники — инфракрасная техника, а затем и новая область приборостроения — «оптико-электронные приборы». Получает дальнейшее развитие и спектроскопия — возникает инфракрасная спектроскопия — мощное средство для исследования молекулярной структуры веществ. Успехи, достигнутые в изготовлении фотографических объектов, значительно облегчили задачу массового изготовления спектрографов и других оптических инструментов и приборов.

не только специалистом в области оптического приборостроения. Его перу принадлежат работы по технической оптике. В работе «Об оптических инструментах» (1898 г.) А. Л. Гершун на основании тщательного анализа состояния оптики наметил дальнейшие пути развития оптического приборостроения. Он считал необходимым применение законов физической оптики для развития общей теории оптических систем, а следовательно, и для конструирования и расчета совершенных оптических приборов: «Конструкция оптических инструментов, возросшая на учении о луче, дошла в настоящее время благодаря требованиям науки и практики уже до столь высокого совершенства, что дальнейшие успехи ее сделались возможными лишь при условии более внимательного изучения самого процесса появления оптического изображения; это, в свою очередь, вызвало необходимость оставить понятие о луче и вернуться к основному представлению о волне и ее измерениях» [61]. Не менее важной была работа А. Л. Гершуна об исследовании оптических свойств фотографических объективов (1894 г.). Уже в начале своей деятельности он понимал важное значение организации производства оптического стекла для дальнейшего развития оптического приборостроения в России. 2 декабря 1894 г. на заседании Русского технического общества он сделал сообщение: «О приборе для исследования качества вообще оптических стекол» [62]. В дальнейшем задача организации в России производства оптического стекла была блестяще решена Д. С. Рождественским, И. В. Гребенщиковым, Н. Н. Качаловым, А. А. Лебедевым и рядом других русских ученых.

Известный петербургский оптик И. Я. Урлауб, открывший в 1877 г. фабрику, специализировавшуюся сначала на изготовлении офтальмологической оптики, а затем и астрономических и других оптических инструментов, объяснял отставание оптико-механической промышленности России в целом от промышленности западноевропейских стран отсутствием в

------ для корпусов оптических инструментов 780

В первой половине книги кратко и систематически изложены общие основы метода. При этом авторы приводят минимальные нужные сведения о законах оптики, достаточно полно рассматривают устройство полярископов и необходимого дополнительного оборудования, приемы работы с ними, а также 'используемые зависимости между двойным лучепреломлением и напряжениями и способы проведения измерений. Они сообщают данные об упругих и вязкоупругих характеристиках используемых в США для изготовления моделей материалов, которые близки к отечественным, и анализируют закономерности их деформирования в связи с исследованиями напряжений при упругих деформациях, при изменениях температуры и действии импульсных нагрузок. Наряду с этим рассмотрены методы исследования напряжений на объемных моделях из материалов, позволяющих «фиксировать» получаемый при деформации оптический эффект. Весьма кратко изложены основные методы обработки данных поляризационно-оптических измерений. Для более быстрого и полного решения задачи также рекомендуется использо-

Решение одной задачи несколькими методами часто практикуется во многих опубликованных работах авторов, в том числе и в настоящей книге. Целесообразность применения нескольких методов можно пояснить на следующих примерах. В моделях из оптически чувствительного материала иногда создаются весьма значительные перемещения (например, при «фиксировании» деформаций), которые можно довольно точно измерить очень простыми средствами. На фиг. П.1 показаны картины полос (а) и (б) и изменение формы (в) поперечного сечения объемной модели кольца сложной формы из оптически чувствительного материала. Диаметр модели кольца составляет около 200 мм. Изменения геометрических размеров порядка нескольких десятых миллиметра в плоскости кольца вдоль обозначенных линий и перпендикулярно к поверхности можно точно измерить микрометрами и индикаторами. Относительные деформации порядка 10~2 можно определить с помощью микроскопа. Относительные изменения толщины порядка 10~4, возникающие в срезах, также можно легко измерить стандартным компаратором. Эти измерения дополняют и контролируют результаты, получаемые с помощью поляризационно-оптических измерений. Для исследования распределения нестационарных напряжений и деформаций удобно поляризационно-опти-ческий метод сочетать с методом полос муара (фиг. П.2 и П.З).

г) Методы поляризационно-оптических измерений на объемных моделях и применение дополнительных вычислительных и экспериментальных методов для определения всех составляющих трехмерного напряженного состояния изложены в гл. 7.8 и 10.— Прим. ред.

На фиг. 3.13 показана модель соединения лопатки турбины с ротором в виде «ласточкина хвоста». На фиг. 3.14 воспроизводится картина полос интерференции для модели соединения, полученная при темном поле. Прикладываемые нагрузки (растягивающие или изгибающие) можно точно определить по результатам оптических измерений в тягах. Если нагрузки, прикладываемые механическим путем, известны, то можно определить величину оптической постоянной материала модели. Однако

При полном исследовании распределения напряжений поля-ризационно-оптическим методом определяют порядки полос (изо-хром) и параметры изоклин. Необходимо иметь в виду, что данных поляризационно-оптических измерений достаточно для полного решения лишь узкого круга задач. В большинстве случаев полное решение задачи поляризационно-оптическим методом оказывается трудоемким и требует использования расчетных и других экспериментальных методов. Большую часть задач лучше всего решать сочетанием нескольких экспериментальных методов.

Фиг. 5.17. Схема установки (а — оборудование для оптических измерений; 6 — оборудование для определения зависимости между напряжениями и деформациями), применяющейся при исследовании динамических характеристик низкомодульных оптически чувствительных материалов.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПОЛЯРИЗАЦИОШЮ-ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

стей (OY—о'г). Эту задачу можно ставить и как определенна напряжений 0Ж, ау и тжу в выбранной системе координат. Существует несколько методов разделения напряжений. В некоторых из них используются только результаты измерений поля-ризационно-оптическим методом. К ним относятся методы численного интегрирования и наклонного просвечивания. Иные методы разделения напряжений основаны на использовании дополнительных сведений, получаемых с помощью таких экспериментальных методов, как метод сеток, метод электрической аналогии, метод получения изопах и т. п. Ниже метод разделения главных напряжений с использованием данных только поля-ризационно-оптических измерений рассматривается подробно.

Существует много других методов, которые позволяют дополнять данные поляризационно-оптических измерений для определения всех напряжений. Одни из них применимы к плоским задачам, другие к пространственным, а некоторые и к тем и к другим. В настоящем разделе такие экспериментальные методы рассматриваются лишь как способ получения данных, дополняющих результаты измерения поляризационно-оптическим методом. Более детальные сведения можно отыскать в источниках, перечень которых помещается в конце данной главы.

ционно-оптических измерений

8. Обработка результатов поляризационно-оптических измерений . . 203