MEDICIONES INTERFEROMÉTRICAS

Transcripción

1 MEDICIONES INTERFEROMÉTRICAS Basadas en el fenómeno de interferencia luminosa Conociendo la longitud de onda de la luz (λ) empleada, pueden medirse pequeñas distancias analizando las interferencias producidas λ (= radiaciones de la luz blanca): 0,4 a 0,7 µm Tales radiaciones resultan apropiadas para mediciones dimensionales de muy alta precisión Aplicaciones Control de bloques patrón: longitud, paralelismo, planedad Comprobación de patrones de presión Mediciones de alta precisión para pequeñas deformaciones Control de planedad de superficies y palpadores Mediciones dimensionales de muy alta precisión Accesorios o Instrumentos de medición: Cristal plano paralelo, interferómetros, rugosímetro.

2 LA LUZ La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas Longitud de onda λ : camino de 1 período de vibración La propagación de ondas de igual procedencia (= λ), según un camino común, durante un cierto tiempo origina un tren de ondas La luz se propaga en línea recta Luz blanca: compuesta por radiaciones de colores y λ. Espectro desde el rojo (λ 0,7 μm) al violeta (λ 0,4μm) Radiaciones estables para condiciones particulares de t, p, y H ambiente

3 Interferencia Luminosa Un tren de ondas formado por 2 ondas de igual procedencia (= λ, de camino común) con amplitudes a 1 y a 2 Concordancia de fase: incremento de luz a = a 1 + a 2 si a 1 = a 2 la luminosidad será el doble Desfasaje λ/2 (Oposición de fase): menor intensidad a = a 1 - a 2 Para a 1 = a 2 (oscuridad total) interferencia luminosa Caso general: desfasajes cualesquiera, y λ infinitas alternativas

4 Obtención de interferencias (uso del cristal plano-paralelo) Desdoblado del Tren de ondas Diferencia de caminos recorridos Reagrupamiento En fase: imagen luminosa En oposición: imagen oscura En fase Oposición M-M: cara inferior del cristal Distancia MM a superficie observada del orden de los micrones (h): Cuña de aire Con las variaciones de h, varía el camino recorrido (2h) Zonas A y C: h A = λ/2 y h C = λ Zona B: h B = ¾ λ camino recorrido λ y 2 λ, respectivamente: En fase camino recorrido 1 ½ λ: En oposición

5 Otro modo de análisis 1. 2 rayos incidentes: Q y P En O, se percibirá una concordancia o una oposición de fase (dependiendo de h) cristal objeto Si: eba = n. λ, habrá concordancia de fase y aumento de luz. Si: eba = n. λ ± ½ λ = (n ± ½) λ, habrá oposición de fase y oscuridad. Con incidencia normal a C: eba = 2h - Si h = λ / 4, eba = λ/2 y habrá sombra en a. 2. Debajo de C hay una serie de planos brillante paralelos (M1, M2,...) a una distancia λ /4 Sombra en a para los planos: M1 pues: h1 = λ /4, y eba = λ / 2 M3 pues: h3 = 3 λ /4, y eba = (1+ ½) λ M5 pues: h5 = 5 λ /4, y eba = (2+ ½) λ Luz intensa en a, para los planos: M2 pues: h2 = λ / 2 y eba = λ M4 pues : h4 = 2 λ / 2 y eba = 2λ M6 pues : h6 = 3 λ / 2 y eba = 3λ

6 3. Debajo de C se coloca un plano brillante inclinado respecto a C, formando una cuña de aire El plano corta las superficies de nivel (M1, M2,...) equiespaciadas entre sí λ/4 Al observar por encima del cristal: En las zonas m, n y p aparecerán bandas de sombra, y en las zonas intermedias bandas de luz. Si el plano inclinado en el ángulo α es de planedad perfecta, las bandas serán equidistantes, paralelas y rectilíneas. Para mayor inclinación α, las bandas se acercarán entre sí, conservando su disposición IMPORTANTE: El desnivel entre dos bandas oscuras, equivale a λ /2 de la luz utilizada. Con luz blanca, λ = 0,6µm (marron), la distancia entre bandas oscuras corresponde a un desnivel de 0,3 µm

7 Requisitos del cristal y de la luz El cristal puede tener fallas de planedad, pero no se tienen en cuenta por ser generalmente menores a 0,1 µm y normalmente a 0,05 µm. Por lo tanto, las irregularidades o diferencias de nivel, son atribuibles exclusivamente al plano que se verifica. Si el plano degenera en una superficie curva, las franjas no guardan equidistancia y su forma irregular, revela los defectos de la superficie. Materiales: cuarzo fundido o vidrio óptico, de máxima transparencia y pulido especular. Se obtiene buena definición de las bandas y mayor contraste entre las claras y las oscuras, con luz monocromática. Longitudes de onda λ (Ansgstrom:0,0001µm) Colores de Espectro Helio Criptonio Cadmio Rojo 0, , , Amarillo 0, , Verde 0, , Azul 0, , Violeta 0, , ,468 Luz monocromática: Un tubo lleno de un cierto gas (He, etc.) alimentado con una tensión, emite radiación de una cierta longitud de onda

8 Requisitos para obtener bandas de interferencia Superficies muy pulimentadas (error de planedad < 2 µm) Las franjas deben estar separadas entre sí por lo menos 3 mm y se debe disponer, como mínimo, de 3 franjas. Excesiva cantidad de franjas, aparecerán muy juntas dificultando su apreciación. Ejemplo: La diferencia de altura entre los bloques R y S Δh=0,01mm, generará 30 franjas en el ancho de 10mm (no distinguibles) Δ h R 10 mm S Plano de apoyo cristal R: bloque de referencia S: bloque bajo control Luz de helio λ =0,589 µ m

9 Interpretación de la medición El cambio del medio de propagación aire a placa produce retraso de ½ λ la 1ra. banda oscura se produce a λ/2 (no a λ/4) A: convexidad de magnitud: ¼ λ x 0,3µm = 0,08 µm B: concavidad de magnitud: ¼ λ x 0,3µm = 0,08 µm C y D: idem A y B en direc. transversal E y G: Sup. planas (bandas rectas). G: menor inclinación F: Inclinación a la izq. De magnitud ½ λ/2= 0,5 µm Desnivel h = n x 0,3µm n: Nº de bandas oscuras Irregularidad no unif. Esfera

10 Aplicación de mediciones con cristal de interferencia y ayuda de bloques patrón. Ejemplo: Control de un calibre macho cilíndrico H: medida del bloque patrón E C d A h B H D G F Cristal Mármol L L L BH= desnivel (4 franjas 0,3 µm c/u) d D D y d: posibles dimensiones del calibre ( > o < h) D > h d < h BH = 4 x 0,3 = 1,2 µm. y D = h + 2,4 µm (suponiendo luz blanca). EC = BH. Pero la diferencia sería negativa y de sólo 1,2 µm. d = h - 1,2 µm