KWALIFIKACJA MEP2 - STYCZEŃ 2015

PYTANIE NR 31.
Interferencyjny obraz prążków, sprawdzanej powierzchni sferycznej dla dopuszczalnej odchyłki promienia N = 2, pokazany jest na rysunku oznaczonym literą
Ilustracja przedstawia cztery okrągłe diagramy oznaczone literami A, B, C i D.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Ocena powierzchni sferycznej metodą interferencyjną polega na analizie kształtu prążków w szczelinie powietrznej względem wzorca.
Parametr N określa dopuszczalną liczbę prążków (miarę odchyłki rzędu λ/2 na prążek). W tym zadaniu obraz spełniający kryterium N=2 wskazano jako rysunek "C".

Pełne wyjaśnienie:

W kontroli jakości powierzchni optycznych wykorzystuje się interferencję światła w cienkiej warstwie powietrza między badaną powierzchnią a powierzchnią odniesienia (wzorcem). Obraz prążków interferencyjnych jest "mapą" różnic drogi optycznej: kolejne prążki odpowiadają kolejnym poziomicom odchyłki, a typowy przyrost różnicy wysokości między sąsiednimi prążkami jest rzędu λ/2 dla światła monochromatycznego.

Parametr N (liczba prążków) jest używany jako praktyczna miara dopuszczalnej odchyłki: im większe N, tym większa różnica kształtu/położenia powierzchni w porównaniu do wzorca. Wartość N=2 oznacza, że dopuszcza się odchyłkę odpowiadającą dwóm prążkom interferencyjnym w przyjętej procedurze oceny.

Ważne jest rozróżnianie, że kształt prążków informuje o rodzaju wady, a ich liczba o jej wielkości:

  • Prążki proste, równoległe są typowe dla nachylenia (błędu ustawienia/tilt) – obraz jest zdominowany przez liniowy klin powietrzny.
  • Prążki koncentryczne (pierścienie) są często kojarzone z czystą składową sferyczną (różnicą "mocy", czyli promienia krzywizny) w klasycznym ujęciu pierścieni Newtona.
  • Prążki siodłowe/krzyżowe wiążą się z brakiem symetrii obrotowej, jak w astygmatyzmie, gdzie promienie krzywizny w dwóch prostopadłych przekrojach różnią się.

W praktyce edukacyjnej i warsztatowej spotyka się różne konwencje interpretacji w zależności od geometrii układu (wzorzec płaski lub sferyczny, sposób zliczania N, warunki oświetlenia). W tym zadaniu jako obraz spełniający warunek dopuszczalnej odchyłki promienia dla N=2 przyjęto rysunek oznaczony literą "C".

Pozostałe rysunki przedstawiają inne charakterystyczne układy prążków, które w typowej interpretacji wskazują na inny rodzaj odchyłki (np. dominujące nachylenie lub inne rozkłady krzywizny), dlatego nie są wybierane jako właściwe dla wskazanego przypadku w kluczu tego zadania.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Prążki interferencyjne to jasne i ciemne pasma powstające z nakładania się fal świetlnych odbitych od wzorca i badanej powierzchni. Ich układ pokazuje rozkład różnic drogi optycznej w szczelinie powietrznej, więc pozwala wnioskować o rodzaju i wielkości odchyłek kształtu elementu.
Badana sfera jest porównywana ze wzorcem (płaskim lub sferycznym). Światło monochromatyczne tworzy w szczelinie powietrznej obraz prążków równej grubości. Kształt prążków wiąże się z typem wady (np. nachylenie, astygmatyzm), a ich liczba i zagęszczenie informują o skali odchyłki.
N to praktyczna miara dopuszczalnej odchyłki wyrażona liczbą prążków. Każdy kolejny prążek odpowiada kolejnemu poziomowi różnicy wysokości rzędu λ/2 (dla typowego układu z odbiciem). Dlatego mniejsze N oznacza ostrzejszą tolerancję, a większe N – większą dopuszczalną odchyłkę.
Koncentryczne pierścienie mają symetrię obrotową, co pasuje do odchyłki "czysto sferycznej": powierzchnia pozostaje sferyczna, ale ma inną krzywiznę niż wzorzec. Wtedy różnica grubości szczeliny zależy głównie od odległości od środka, co daje układ pierścieni (jak w pierścieniach Newtona).
Astygmatyzm powoduje brak symetrii obrotowej: prążki stają się eliptyczne, "siodłowe" lub układają się w formy krzyżowe, bo promień krzywizny w dwóch prostopadłych przekrojach jest różny. W efekcie rozkład szczeliny nie jest radialny, tylko ma dwa dominujące kierunki.
Prążki proste najczęściej wskazują na nachylenie (tilt) – czyli klin powietrzny wynikający z ustawienia elementu pod kątem względem wzorca. Wtedy grubość szczeliny rośnie prawie liniowo w jednym kierunku, więc poziomice różnicy fazy są prostymi, równoległymi liniami.
Nie zawsze. Liczba prążków opisuje skalę odchyłki, ale trzeba ją łączyć z kształtem prążków i z geometrią układu odniesienia. Dodatkowo znaczenie N zależy od przyjętej procedury (co dokładnie zliczamy i w jakim obszarze). Dlatego na egzaminie kluczowa jest znajomość konwencji z materiałów dydaktycznych.
Typowe pomyłki to: mylenie wzorów "siodłowych" z pierścieniami (brak analizy symetrii), ignorowanie różnicy między nachyleniem a wadą kształtu oraz mechaniczne kojarzenie N=2 z "dwoma prążkami" bez sprawdzenia, jak N jest definiowane w zadaniu. Pomaga patrzenie na symetrię i dominujące kierunki zmian.
Najskuteczniejsze jest porównywanie wielu przykładów: atlasów prążków i zdjęć z laboratoriów. Warto uczyć się według schematu: (1) oceń symetrię obrotową, (2) sprawdź, czy prążki są proste czy zakrzywione, (3) poszukaj "krzyża/siodła", (4) dopiero potem odnieś do N jako miary wielkości odchyłki.
Interferometria jest bezstykowa i bardzo czuła: pozwala wykrywać odchyłki kształtu rzędu ułamków mikrometra. Dzięki temu można szybko ocenić, czy element optyczny spełnia tolerancje przed montażem, oraz dobrać korekty procesu polerowania/docierania, zanim powstaną kosztowne braki produkcyjne.
info

Specjaliści zwracają uwagę: "W tym zadaniu obraz spełniający kryterium N=2 wskazano jako rysunek "C"."

Źródła:

  • Wikipedia: Interferometr Fizeau (opis zasady pomiaru interferometrycznego) — https://pl.wikipedia.org/wiki/Interferometr_Fizeau — dostęp 2026-03-13
  • Wikipedia: Pierścienie Newtona (charakter prążków równej grubości i układ koncentryczny) — https://pl.wikipedia.org/wiki/Pier%C5%9Bcienie_Newtona — dostęp 2026-03-13
  • RP Photonics Encyclopedia: "Fizeau interferometer" (zasada działania i zastosowania w badaniu powierzchni) — https://www.rp-photonics.com/fizeau_interferometers.html — dostęp 2026-03-13

Materiały:

  • Podręczniki i skrypty do metrologii optycznej (interferometria w kontroli powierzchni)
  • Instrukcje laboratoriów szkolnych/branżowych dotyczące interpretacji prążków (Fizeau, pierścienie Newtona)
  • Atlasy/wzorniki obrazów interferencyjnych dla typowych wad (tilt, power, astygmatyzm)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego