Способ измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01B11/30 

ризуют пучки поляризаторами А и 5 во взаимно перпендикулярных плоскостях. Информационный пучок вновь делят пополам вторым светоделителем 6, разделенные пучки направляют на контролируемую поверхность 17, один нормально, а другой наклонно к ней, Све- товозвращают оба информационных пучка по тому же направлению. Выделяют зеркальную составляющую информационных и опорного пучков с помощью диафрагмы 12 Эйри, расположенной в фокальной плоскости сопряженных обьек- тивов 10 и 11. Второй четвертьволновой пластинкой 13, ориентированной диагонально по отношению к направлениям колебаний опорного и информационного лучей, преобразуют их в два циркулярно поляризованных луча по двум взаимно противоположным направлениям. Выравнивание амплитуд линей1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности в ма- иино- И приборостроении,

Цель изобретения - повьш1ение точности измерения за счет определения изменения азимута линейной поляризации при нормальном и наклонном падении пучка излучен ия на нее,

На фиг, 1 представлена принципиальная схема устройстваJ на фиг, 2 - схема, поясняющая возникновение разности хода при нормальном и наклонном падении информационного пучка на контролируемую поверхность,

Устройство содержит источник 1 монохроматического линейно поляризованного излучения, первую четвертьволновую пластинку 2, светоделитель 3 двухлучевого интерферометра, два поляризатора 4, 5, один из которых расположен в опорной, а другой - в информационной ветви интерферометра, второй светоделитель 6, расположен- ный в информационной ветви, образцовое зеркало 7 опорной ветви, два зеркала 8 и 9 в информационной ветви, пространственный фильтр, включающий

но поляризованных опорного и информационного пучков осуществляют поворотом первой четвертьволновой пластинки вокруг оптической оси устройства. Осуществляют последовательное сложение циркулярно поляризованного опорного пучка с каждым из двух информационных пучков, определяя азимут линейной поляризации взаимодействующих пучков анализатором 15 для эталонной и контролируемой поверхностей, и о величине микронеровностей шероховатой поверхности судят по следующей зависимости: Ь„ i/4 ir(o6 - oig ), где Л - рабочая длина волны источника измерения; oiji - азимут линейной поляризации опорного и информационного пучков при нормальном его падении на эталонную поверхность ci - то же при падении на контролируемую поверхность, 2 с.п, ф-лы, 2 ил.

два объектива 10 и 11, фокусы которых совпадают и в фокальной плоскости которых расположена диафрагма 12 Эйри, вторую четвертьволновую пластинку 13, модулятор 14 Фарадея, анализатор 15 и фотоэлектрический блок 16

На чертеже также показана контролируемая поверхность 17,

На фиг. 2 показана условная плоскость, совпад;1ющая со средним уровнем вершин микронеровностей поверхности 18, и условная плоскость 19, совпадающая по локализации со среднеарифметическим профилем шероховатой поверхности. Позициями 20-23 обозначены лучи наклонного пучка, а позициями 24-27 - лучи нормально падающего луча.

Плоскости пропускания поляризаторов расположены в ортогональных плоскостях.

Устройство,, реализующее способ, работает следзпошдм образом.

Монохроматический линейно поляризованный пучок от источника 1, например лазера, посыпают на четвертьволновую пластинку 2, преобразуют его в эллиптически поляризованный, светоделитель 3 делит пучок на два - опорный

и информационный. Каждый из разделенных пучков пропускают через один из двух поляризаторов 4 и 5, которые линейно поляризуют разделенные пучки излучения во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Опорный пучок, пройдя поляризатор 4, отражается от образцовой поверхности зеркала 7 и возвращается на светоделитель 3. Информационный пучок, прошедший поляризатор 5, делят пополам с помощью светоделителя 6, один из разделенных пучков направляют посредством зеркала 9 нормально

на контролируемук) поверхность, а дру-|5 Нормально падающий на объект 17 пучок гой - наклонно на нее. Пучок, нак-перекрывается, вращением четвертьволлонно падающий на контролируемую поверхность, с помощью зеркала 8 све- товозвращают по тому же пути. Оба разделенных информационных пучков в обратном ходе от контролируемой поверхности проходят второй светоделитель 6, линейный поляризатор 5 и светоделитель 3. Направляют информационные и опорные пучки на светоделитель 3 .

Два объектива 10 и 11 вьщеляют зеркальную составляющую. В результате фильтрации смешиваются однородные опорная и информационная составляющие. Четвертьволновая пластинка 13 преобразует взаимно ортогональные лин ейные поляризации составляющих информационных и опорного каналов возультате суперпозиции опорного и наквзаимно ортогональные циркуляционные , лонного информационного пучков. Если поляризации. Суперпозиция взаимнор 5 то подстройкой образца 17 доортогонально поляризованных волн опорной и любой из информационных

биваются их равенства, что соответствует совпадению среднего уровня высот исследуемой поверхности (фиг,2)

составляющих дает линейную поляризацию с определенным азимутом при условии, что интенсивности суперпони- рующих составляющих равны. Выравнивание интенсивностей достигается путем вращения четвертьволновой пластинки 2. Интенсивность света, прошедшего через систему четвертьволновая пластинка 2 - поляризатор 4, определяется взаимной ориентацией главной оси пластинки 2 и плоскостью пропускания поляризатора 4. Изменяя угол между указанными направлениями, управляют интенсивностью прошедшего излучения. Азимут поляризации результирующего излучения измеряют с помощью анализатора 15 о На модулятор 14 Фарадея подается переменное синусоидальное напряжение с частотой - , с помощью чего раскачивается плоскость поляризации результирующего излучения, Вра

щая анализатор 15 линейной поляризации, добиваются удвоения частоты 2 сигнала, регистрируемого фотоэлектрическим блоком 16. Удвоение частоты контролируется на осциллографе (не показан). Снимая отсчет по лимбу анализатора 15, находят азимут поля- ризащш результирующего излучения.

Измерение высоты микронеровности шероховатой поверхности выполняют следующим образом.

На место объекта 17 устанавливается эталонный образец с высокополированной отражающей поверхностью.

новой пластинки 2 выравниваются интенсивности опорного и наклонно падающего на объект 17 пучков. По лимбу анализатора 15 снимается отсчет. азимута р линейной поляризации пучка, полученного в результате суперпозиции опорного и наклонного информационного пучков. Затем наклонный

информационный пучок перекрывается и снимается отсчет азимута oig линейной поляризации пучка, полученного в результате суперпозиции опорного и нормально падающего пучка на эталон.

На следующем этапе устанавливается образец 17. Критерием точности установки образца 17 служит азимут/3 линейной поляризации, полученной в ребиваются их равенства, что соответствует совпадению среднего уровня высот исследуемой поверхности (фиг,2)

40 с поверхностью эталона. Снимают значение азимута ci, линейной поляризации пучка, образованного суперпозицией опорного и информационного пучка для нормального падения излучения на об45 разец. Разность азимутов oi - характеризует величину высоты микронеровностей шероховатой поверхности. Среднеарифметическая высота микронеровностей определяется по формуле:

50

ср

4().

Формула изобретения

551 Способ измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности, заключающийся в том, что формируют опорный и информационный пучки от источника излучения, направляют сфер513

мированные пучки соответственно на опорную и измерительную поверхности по нормали к ним, пространственно совмещают пучки, отраженные от каждой из поверхностей, регистрируют резуль- тат взаимодействия совмещенных пучков и определяют высоту микронеровностей поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, после форми- рования опорного и информационного пучков линейно их поляризуют один по отношению к другому в ортогональных плоскостях, делят информационный пучок на два, выравнивают все пучки по интенсивности, направляют второй информационный пучок под острым углом к контролируемой поверхности и отраженный от контролируемой поверхности пучок световозвращают через нее по первоначальному пути, после пространственного совмещения всех пучков пространственно их фильтруют, вьщеля- ют зеркальную составляющую каждого из пучков и преобразуют выделенные пучки из линейно поляртхзованных в циркулярно поляризованные, формируют две пары пучков, каждая из которых состоит из опорного и одного из информационных циркулярно попяризованны пучков, в качестве результата взаимодействия регистрируют суммарную поляризацию каждой из пар, определяют азимут линейной поляризации, а высоту микронеровностей определяют по зави- симости

А.

47

(« ),

oio - азимут линейной поляризации 40 при взаимодействии опорного и нормально падающего информационного пучков на эталонной поверхности;

41 6

iX, - азимут линейной поляризации при взаимодействии опорного и нормально падающего информационного пучка на контролируемой поверхности; 9 - рабочая длина волны источника измерения.

2. Устройство для измерения высот 1чикронеровностей шероховатой поверхности, содержащее источник излучения двухлучевой интерферометр Майкельсо- на и фотоэлектрический блок, отличающееся тем, что оно снабжено четвертьволновой пластинкой расположенной между источником излучения и интерферометром и установленной с возможностью вращения относительно оптической оси устройства, двумя поляроидами, установленными соответственно в опорной и в информационной ветвях интерферометра, светоделителем, установленным в информационной ветви, двумя зеркалами и последовательно установленными между интерферометром и фотоэлектрическим блоком фильтром пространственных частот, второй четвертьволновой пластинкой, модулятором Фарадея и анализатором, зеркала установлены по соответствующим н;1правлениям излучения после светоделителя и ориентированы таким образом., что направление излучения от одного из них совпадает с нормалью к контролируемой поверхности, а нормаль к другому зеркалу совпадает с направлением излучения, отраженного от контролируемой поверхности, поляроиды ориентированы друг относительно друга таким образом, что их плоскости пропускания ортогональны, а вторая четвертьволновая пластинка ориентирована, так, что ее главная плоскость расположена под углом 45 к плоскости пропускания поляроидов

19

Редактор С.Патрушева

Составитель Н.Солоухин

Техред Н.ГлущенкоКорректор А.Обручар

1207/41

Тираж 678Подписное

.ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

VU2.2

Изобретение позволяет проводить измерение высоты микронеровностей, i шероховатой поверхности. Целью изобретения является повьппение точности измерения за счет определения контролируемого параметра по изменению азимута линейной поляризации между эталонной и контролируемой поверхностями. Монохроматически линейно поляризованный пучок излучения от источника 1 преобразуют в эллиптически поляризованный с помощью пластинки 71/4, который пространственно делят светоделителем 3 на два пучка; опорный и информационный. Линейно поля(Л С