Однообъективный растровый микроскоп для измерения шероховатости поверхности Советский патент 1984 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерител ной технике и предназначено, в частности, для измерения высотных параме ров шероховатости поверхности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является однооб ективный растровый микроскоп для изм рения шероховатости поверхности, содержащий осветительный тубус, вклю чающий зеркало и объектив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета lj В известном однообъективном растровом микроскопе для измерения шероховатости поверхности в диапазоне 0,8-40 мкм применяются три различных объектива, обеспечивающие соответственно измерения в трех диапазонах мкм; 0,8 - 1,6; 1,6 - 10; 10 - 40. Эти объектичы имеют разные значения фокальных отрезков и апертур, и следовательно, разные диаметры выходных зрачков. Дпя достижения наименьшего значения цены муаровой полосы оптическая ось осветительного тубуса дол на пересекать плоскость выходного зрачка объектива на наибольшем расстоянии от оптической оси объектива. Поэтому неизменность положения точки пересечения оптической оси осветительного тубуса с плоскостью вькодно го зрачка не позволяет получить опти мального значения цены муаровой поло сы для двух из трех объективов. Это приводит к увеличению погрешностей измерения параметров шероховатости в соответствующих диапазонах высот нерЬвностей, что снижает точность из мереиия. Цель изобретения - повьш1ение точности измерения. Поставленная цель достигается тем что однообъективный растровый микроскоп для измерения шероховатости поверхности, содержащий осветительный тубус, включающий зеркало и объектив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета, снабжен дополнительной оправой, контактирующей с зеркалом, зеркало выполнено с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива, а расстояние от наружного торца дополнительной оправы до опорного торца объектива выбрано из соотношения

,

с

036 где К коэффициент пропорциональности;С - расчетное, оптимальное для данного диапазона высот неровностей значение цены муаровой полосы. На фиг.1 дана принципиальная оптическая схема однообъективного раст рового микроскопа для измерения шероховатости поверхности; на фиг.2 схема освещения плоскости зрачка объектива} на фиг.З - пример конструктивного решения механизма перемещения зеркала. Микроскоп содержит (фиг.1) осветительный тубус, образованный источником 1 света, конденсором 2, исходным растром 3, линзой 4, зеркалом 5, диафрагмой 6 и объективом 7 (его правой частью)и наблюдательный тубус, включаюш;ий линзу 8, растр 9 сравнения и систему отсчета (не показана). Объектив 7 имеет оправу 10 с опорным торцом 11, а также дополнительную оправу 12 с наружным торцом 13. На фиг.2 следующие обозначения: 1 и« 1 положения зеркала 5; а ,S-Ь - точки пересечения оптической оси осветительного тубуса с плоскостью выходного зрачка объектива 7. Устройство работает следующим образом. Свет от источника 1 света с помощью конденсора 2 попадает на исходный растр 3, штрихи которого находятся в фокальной плоскости линзы 4, и.отразившись от зеркала 5, попадает на децентрированную диафрагму 6, расположенную вблизи зрачка объектива 7. С помощью одной из половин объектива 7 штрихи исходного растра 3 проектируются на исследуемую поверхность .14. Исследуемая поверхность 14 вместе со спроектированными на нее штрихами исходного растра 3 второй половиной объектива 7 и линзой 8 изображаются в плоскости растра 9 сравнения. При этом свет проходит через второе отверстие в диафрагме 6. Образовавшаяся в плоскости растра 9 сравнения картина муаровых полос рассматривается с помощью системы отсчета. Известно, что цена С муаровой полосы связана с шагом е растра и углом об проекции соотношением где е - шаг исходного растра в плоскости исследуемой поверхности, Vi,. X - расстояние между оптической осью объектива и точкой пересечения оси осветительной системы с плоскостью зрачка объектива, 1 - фокусное расстояние объекДля получения наименьшего оптималь ного значения цены муаровой полосы, а следовательно, и наибольшей видимой величины искривления муаровой | полосы, которое вызывается неровност}| ми поверхности, необходимо, чтобы ось осветительного тубуса пересекала плос кость зрачка объектива 7 на наибольше расстоянии X. Зеркало 5 осветительного тубуса ус танавлива;ется на направлякмцих с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива 7. Для перемещения зеркала 5 на расчетное расстояние параллельно самому себе в направлении вдоль оптической оси объектива 7 последний снабжен дополнительной оправой 12, завинченной во внутреннюю резьбу объектива 7. Наружный торец 13 этой оправы параллелен опорному торцу 11 оправы 10 объектива 7 и при установке объектива 7 в микроскоп входит в контакт с зеркалом 5, перемещая его на расчетное расстояние X, удовлетворяющее соотношению X К/С, где К - коэффициент пропорциональности-,: С - расчетное, оптимальное для данного диапазона высот Неровностей значение цены муаровой полосы. В процессе измерения с данным объек тивом 7 значение X остается неизменным. При установке в микроскоп объектива 7 таким образом, чтобы его опорный торец 11 совпадал с опорным торцом микроскопа, наружный торец 13 дополнительной оправы 12 объектива 7. перемещает зеркало 5 по направлякнцим вдоль оптической оси объектива .7 вположение I (фиг.2) так, чтобы оптическая ось осветительного тубуса пе-. ресакла плоскость зрачка объектива 7 на расстояние Х| от его оптической оси, при этом Х выбирается расчет10364 ным путем и должно удовлетворять условию Х,; значение шага исходного растра 3 в плоскости предмета (для данного объектива 7 и выбранной пары растJ ровЗ и 9 61 const), AI - фокусное расстояние объектива 7 (фокус в точке а ) |. наименьшее расчетное значение цены муаровой полосы, необходимое для получения измер ений с наивысшей точностью в данном диапазоне высот неровностей. При установке другого об7зектива из комплекта микроскопа наружные торцы их дополнительных оправ переместят зеркало 5 в положения и lTl, которым соответствуют расчетные значения отрезков Xjj и , обеспечивающих достижение наименьшего значения цены муаровой полосы. Значения длин отрезков X JJ и Х...определяются из соотношений . Таким образом, использование описываемого микроскопа обеспечивает повышение точности измерения, которое достигается за счет того, что для всех диапазонов измеряемых высот неровностей искривления муаровых полос, вызванные этими неровностями, имеют наибольшие значения, в результате чего повышается точность совмещения штриха системы отсчета с серединой муаровой полосы. Увеличение видимой величины искривления муаровой полосы улучшает условие наведения отсчетного штриха на середину муаровой полосы, что особенно важно при малых значениях искривлений полос. Если принять, что погрешность наведения на середину муаровой полосы равна S 0,1 С расстояния между полосами, то при измерении неровностей, вызывающих искривление полос в ДН 0,1 С полосы, относительная погрешность измерений может достигать т.е. 100. Принимая неизменным значение погрешности наведения 8 0,1 С, оче видно, что при изменении цены муаровой полосы в 1,5 раза относительная погрешность измерения высотных параметров шероховатости снизится тоже в 1,5 раза, что повысит точность камерения.

ОДНООБЪЕКТИВНЫЙ РАСТРОВЫЙ МИКРОСКОП ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ, содержащий осветительг ный тубус, включающий зеркало и объек тив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета, отличающи.йся тем, что, с целью повышения точности измеV/ ff //iWf // /K рения, он снабжен дополнительной оправой, контактирующей с зеркалом, зеркало выполнено с возмсикностью перемеще-; ния вдоль оптической оси объектива, а . расстояние от наружного торца дополнительной оправы до опорного торца. объектива выбрано из соотношения x-k/c, где k С коэффициент пропорциональности расчетное, оптимальное для данного диапазона высот неровностей значение цены муаровой полосы. ,t л Ы-4-4.„

W//////% ///////

(риг. 2

фиг. 3