刀口检测

1858年，法国物理学家傅科(1819—1868)发明了一种新的用刀口检验镜面表面形状的方法。

刀口检测的原理是基于被检表面的变形使光线偏离原有的轨迹，通过遮拦这些偏离的光线来测定光线的横向位移，所以刀口检验可以看作是一种横向像差的检验方法。

在检测中引入刀口阴影法检测手段，具有设备简单、操作方便等特点，而且刀口检测对外界环境的要求不高，适合加工现场检验。其检测灵敏度可以达到λ/20～λ/10。因此，在干涉仪出现之前，刀口检验法是镜面表面检测的重要手段。刀口检测的不足之处是难以定量。该方法的原理如图1和图2所示。

图1：刀口阴影法原理图-1

图2：刀口阴影法原理图-2

刀口检验方法是在哈德利光学检验方法基础上发展起来的，是光学阴影学科的一部分。具体做法是：

在镜面曲率中心的一侧放置一个点光源，刀口检验在曲率中心另一侧的对称点上进行。

如果镜面是一个球面，当刀口刚接触到曲率中心另一侧的像点时，镜面影子将是均匀的半个明亮，半个暗淡的圆面形状。

而当镜面是抛物面时，镜面则会呈现明亮和阴暗的两半个面包圈的形状。

如果刀口分别在曲率中心像点的前方和后方，镜面影像中的明暗部分则会发生切换。

刀口与光束会聚点的相对位置及刀口横向移动时阴影图的变化规律可以概括为以下三条：

1.在阴影图中，某区域的移动方向与刀口切割方向相同，则表示刀口所在位置在这一区域的光线交点之前。与刀口所在位置为中心的球面波相比较，这个区域是凸起的。

2.在阴影图中，某区域阴影的移动方向与刀口的移动方向相反，则表示刀口所在位置在这一区域光线的交点之后，与刀口所在位置为中心的球面波相比较，这个区域是凹陷的。

3.在阴影图中，某区域出现均匀的半暗的阴影，则表示刀口恰好位于这一区域的光线交点处。

有这样一首方便记忆的口诀：焦前刀影同方向；焦后刀影对面来；焦点阴影一齐暗；左明右暗是高地；右明左暗是低谷。

图3：刀口仪结构示意图

图3所示的是刀口仪的结构图。图3中，1—可调光源；2—聚光镜；3—刀口；4—可调星点孔板。

图4：刀口阴影法原理图-3

当镜面存在缺陷时，如图4所示，刀口在球心上，有缺陷的压域一部分较为明亮，而另一部分出现暗影，这就产生阴影图。当镜面存在环状带差时，可观察到与刀口对称的黑白互补的阴影图。当光学系统出现不对称像差，如像散和彗差时，阴影图无“对称轴”，且失去互补性。

常见的几种阴影图，如图5所示。

图5：常见的几种阴影图

参考资料：

1. 王丽荣《光学零件加工与检测岗位任务解析》

2. 程景全《从浑仪到海尔望远镜：经典天文望远镜》

作者QQ及微信：49922779