Устройство для контроля неплоскостности поверхностей Советский патент 1984 года по МПК G01B9/02 G01B11/24 G02B26/08 G02B27/28 

Изобретение относится к измерению еометрических размеров интерферениальиыми методами и может быть исользовано для контроля неровности лоских поверхностей.

Известно устройство для контродя еровностей поверхностей, содержаее источник света, интерферометр, регистратор, аналого-цифровой преобразователь ЭВМ. Устройство позволяет получить интерферограмму поверхности, которая после расшифровки позволяет судить о неплоскостности поверхности.

Однако устройство характеризуется сложностью расшифровки результатов измерения и, как следствие, низким быстродействием Cl.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения неплоскостности поверхностей, содержащее источник излучения и установленные по ходу луча сканирующий блок, выполненный в Bi-me зеркала с приводом, интерферометр, регистра-т тор и аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ С 23.

Недостатком известного устройства является низкая производительность ко 1троля из-за того, что сканирование осуществляется по одной координате. Для перехода к контролю вдоль другой координаты объект контроля необходимо развернуть.

Цель изобретения - повышение производительности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля нешгоскостности поверхностей, содерлсащее источник излучения и установлеь ные последовательно сканирующий блок, выполненньш в виде зеркала с приводом, интерферометр, регистратор, аналого-цифровой преобразо ватель ЭВМ и блок управления, снаблсено тремя блоками измерения параметров движения зеркала, соединеннь&ш Быходами через аналого-цифровой преобразователь с входом ЭВМ, оптической системой, выполненной из трех линз и светоделителя, установленной на выходе интерферометра так, что фокальные плоскости двух линз совпадают друг с другом и поверхностью зеркала, а фокус третьей линзы совмещен с первой из двзгх линз и поверхностью светоделителя.

Кроме того,привод зеркала выполнен в виде электромагнита, расположенного внутри него двуплечего рычага s установленного с возможностью вращения относительно оси электромагнита, и двух постоянных магнитов,

закрепленных на рычаге симметрично относительно оси электромагнита.

На фиг. 1 изображена схема устройства для контроля неплоскостности поверхности; на фиг. 2 - оптическая

схема интерферометра, блока сканирования и блоков измерения параметров движения сканирующего зеркала; на фиг. 3 - привод зеркала.

Устройство включает в себя источник 1 излучения, сканирующий блок 2, интерферометр 3, регистратор 4 (состоящий из двух аналоговых блоков), аналого-цифровой преобразователь 5, ЭВМ 6, блок 7 управления, блоки 8 10 измерения параметров движения

зеркала в блоке 2 сканирования, светоделитель 11 коллимирующуто линзу 12 Зеркала 13 и 14 установлены на выходе источника 1 излучения для излома оптической оси. Сканирующее зеркало 15 блока 2 сканирования (фиг.1) установлено в фокусе линзы 16. Зеркало 17 для формирования рабочего пучка устанавливается в параллельном пучке на выходе линзы 16, Светоделитель 11 установлен в фокусе линз 18 - 20 и 12. Блок определения конца сканирования состоит из светоделителя 21 и фотоприемника 22. Линзы 23 и 24, в фокусе которых установлен светоделитель 25, а также зеркала 26 и 27, фильтры 28 и 29, и фотоприемники 30 и 31 образуют в совокупности регистров 4 (фиг, 1).

вокупности регистратор 4 (фит. 1).

Один из двух блоков определения траектории сканирования, выполненных идентично, содержит, , материальный фотоприемник 32, объект 33 контроля устанавливается на подножке 34 и опорах 35.

Привод зеркала (фиг. 3) содержит электромагнит 36, двуплечий рычаг 37, расположенный внутри злектромагнита 36 с возможностью вращения вокруг его оси. На двуплечем рычаге 37 установлены два постоянных магнита 38 и 39 симметрично относительно оси 40, Второй из блоков определения траектории сканирования содержит, например, диск 41 с отверстиями, осветитель 42 и фотоприемник 43, Третий блок аналогичен второму.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 (фиг. 2), отразившись от зеркал 13 и 14, падает на светоделитель 25, и фотоприемНИКИ 30 и 31 блоков 8-10определяют траектории сканирования (фиг. 1). Отраженный от сканирующего зеркала 15 луч с помощью зеркала 17 направляется на светоделитель 11, который делит лазерный луч на два: измерительный, которьш, проходя вторую коллимирующую линзу 12, падает на измерительный объект 33, закрепленный на подложке 34, опорный, который, проходя линзу 20 с помощью зеркала 17, направляется на светоделитель 25, Отразившись от исследуемой поверхности объекта 33, луч возвращается на светоделитель 11, проходит его и линзу 19, а затем с помощью зеркала 26 падает на светоделитель 25. В плоскости светоделителя 25 опорный и измерительный лучи интерферируют. Интерферирующие лучи линзами 23 и 24 фокусируются в плоскости фотопрйемников 30 и 31. Ввиду того, что разница числа отралсений измерительного и опорного лучей нечетна, они, падая на приемники 30 и-31, имеют противоположные направления вращения плоскости поляризации.

При равенстве их интенсивностей положение плоскости поляризации суммарного излучения зависит от разности фаз измерительного и опорного лучей. Для преобразования поворота плоскости поляризации суммарного излучения в изменение интенсивности световых потоков, падающих на фотоприемники 30 и 31, перед ними установлены поляризационные фильтры 28 и 29, которые обеспечивают фазовый сдвиг, равный 90 , между электрическими сигналами снимаемыми с фотоприемников.

Если измеряемый образец имеет волнистость, то при мканирова1 ии лучом поверхности объекта (образец)

33, оптическая разность хода лучей в плечах интерферометра 3 (фиг. 1) ме1шется, и фотоприемники 30 и 31 вырабатывают переменный сигнал, период которого соответствует оптической разности хода Л/2 (Я - длина волны излучения). Сигналы с фотоприемников 30 и 31 поступают в аналогоцифровой преобразователь 5 и далее в ЭВМ 6. С выходов блоков 8-10 оп-ределения траектории сканирования сигналы поступают на соответствующие входы блока 7 управления, с выхода которого преобразованные сигналы в полярных координатах поступают на вход ЭВМ 6.ЭВМ 6 преобразует информацию о профиле поверхности исследуемого образца, полученн- по в полярных координатах, в информацию в пря|Моугольных координатах.

Сканирование луча осуществляется следующим образом.

При подаче тока в катушку электромагнита 36 (фиг. 3) постоянные магниты 38 и 39 взаимодействуют с магнитным полем, создаваемым катушкой электромагнита 36, и рычаг 37 поворачивается относительно оси 40. Угол поворота рычага 37 при постоянной скорости вращения определяется величиной тока в катушке 36. При подаче на катушку 36 пилообразного напряжения ось симметрии рычага 37 описывает спираль.

Предлагаемое устройство позволяет определить форму поверхности, максимальное отклонение поверхности образца от базовой поверхности, получить профилограммы, проецировать границы пригодной площади пластины для дальнейших операций, со.ртировать изделие по принципу Брак годен и гарантировать высокое качество готовых изделий. При этом положение объекта в процессе контроля менять нет необходимости, что в свою очередь обеспечивает высокую производительность КОНТРОЛЯ.

////7////УУ77/ (риг. 2

1 43

fpl/e.J

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕГШОСКОСТНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, содержащее источник излучения и установленные последовательно сканирзтащий блок, выполненный в виде зеркала с приводом, интерферометр, регистратор, аналого-цифровой преобразователь ЭВМ и блок управления, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения производительности контроля, оно снабжено тремя блоками измерения параметров движения зеркала, соединенными выходами через аналогоцифровой преобразователь с входом ЭВМ, оптической системой, выполненной из трех линз и светоделителя, установленной на выходе интерферометра, так, чтобы фокальные плоскости двух линз совпадали друг с другом и поверхностью зеркала, а фокус третьей линзы был совмещен с первой из двух линз и поверхностью светоделителя . 2. YcTpoiiCTBO по п. 1, о т л ичающееся тем, что привод зерi кала выполнен в виде электромагнита, расположенного внутри него двуплечего рычага, установленного с возможс: ностью вращения относительно оси электромагнита, и двух постоянных магнитов, закрепленных на рычаге симметрично относительно оси электромагнита .