Способ контроля микрошероховатости поверхности Советский патент 1987 года по МПК G01B21/30 

11

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к методам исследования шероховатых поверхностей средствами сканирующей электронной микроскопии, и может быт использовано для контроля микрошероховатости рабочих поверхностей магнитных лент и магнитных головок.

Цель изобретения - повышение точности контроля микрошероховатости поверхности за счет исключения погрешностей от флуктуации.

На чертеже показана блок-схема устройства для контроля микрошероховатости, реализующего предлагаемый способ.

Устройство для контроля микрошероховатости поверхности содержит растровый электронный микроскоп 1, в камеру объектов которого помещается испытуемый образец магнитной ленты или магнитная головка, автокоррелятор 2, дифференцирующую цепь 3,двух- полупериодный вьшрямитель 4, фиксатор 5 максимального уровня, компаратор 6, интегратор 7 по строке и интегратор 8 по кадру, а также контрольный прибор 9.

Способ осуществляют следующим образом.

После установки испытуемого образца в растровый электронный микроскоп 1 и включения последнего на выходе детектора вторичных электронов появляется электрический сигнал, не- сущлй в себе информацию о топографии (рельефе) исследуемой поверхности. Этот сигнал поступает на автокоррелятор 2, выполняющий опера1щю вычисления автокорреляционной функции введенного в него сигнала в интервале времени, равном времени сканирования одной строки в растровом микроскопе 1. Для этого на автоковрелятор 2 подан также сигнал строчной синхронизации растрового микроскопа 1.

В качестве автокоррелятора 2 могут быть применены как электронные коррелометры на электрических схемах так и оптоэлектронные конвольверы на акустических обьемных и поверхностных волнах.

Автокоррелятор 2 реализует операцию вычисления автокорреля1ционной функции (АКФ) сигнала топографического контраста U(it) для i-й строки развертки электронного луча по поверхности исследуемого образца:

12386

ii-t,

АКФ

и( Г) lI(T-i-t)d r ,

i t

где t - текущее время, исчисляемое от начала развертки строки; f - параметр корреляции; tj; - интервал времени автокорреляции, равный длительности развертки одной строки. Статическая информация о глубине и форме профиля исследуемой поверхности содержится в относительной величине максимума полученной автокорреляционной функции, равной дисперсии структурного распределения материала в данном его сечении, а также в наклоне фронтов функции, который характеризует насыщенность формы профиля резкими перепадами микронеровностей.

Следующая операция обработки сигнала, заключающаяся в диффернцирова- НИИ автокорреляционной функции, приводит к тому, что в ее результате одним параметром (а именно амплитудой дифференцированного сигнала) учитывается как дисперсия, так и насыщенность профиля микронеровностями. Этот этап обработки сигнала выполняется дифференцирующей цепью 3 с соответствующей постоянной времени.

В связи с тем, что дифференцирование колоколообразнои функции, которой является АКФ, приводит к появлению двух разнополярных всплесков, в качестве очередного этапа обработки сигнала производится двухполупе- риодное выпрямление результата дифференцирования для использования в дальнейшем модуля первой производной автокорреляционной функции. Эта операция выполняется выпрямителем 4.

После этого осуществляется фиксация (запоминание) максимального уровня первой производной АКФ, взятой по модулю, с помощью фиксатора 5, которым может быть, например, емкостный накопитель.

Сигнал топографического контраста IJ(it) с выхода растрового электронного микроскопа 1 поступает также (кроме того, что он подается на автокоррелятор 2) на вход интегратора 7, выполняющего функцию усреднения во времени развертки одной строки эффективного значения мощности сигнала t

Ср

С

U(it) U(it)dt.

Эта операция необходима для последующего нормирования автокорреляплонно функции и результатов ее дальнейшей обработки.

Нормирование зафиксированного значения модуля первой производной АКФ на единицу мощности исходного сигнала исключает влияние на конечный результат таких параметров растрового электронного микроскопа 1, как ток сканирующего электронного луча, КПД детекторов вторичных и отраженных электронов, коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя, коэффици- циент усиления видеоусилителя и т.п Операция нормирования производится с помощью компаратора 6 посредством деления максимального значения модуля первой производной АКФ на усредненное значение мощности сигнала топографического контраста .Результат этого сравнения

.

S

it

u(t)u(r -it)dt/

U(it)(it)dt

дает однозначную количественную информацию о степени микрошероховатости определенного поперечного сечения исследуемой поверхности, а именно сечения этой поверхности i-й строкой развертки растрового электронного микроскопа.

Чтобы получить интегральную характеристику микрощероховатости определенной площадки исследуемой поверхности, выполняется операция усреднения множества полученных значений К., относящихся к п различным последовательным строкам одного кадра электронно-лучевой развертки микроскопа 1,

К ПК,.

Эта операция осуществляется интегратором 8. После интегратора 8 сигнал

13123864

подается на контрольный прибор 9, отградуированный по различным уровням шероховатости.

й

„5 Формула изобретения

5

Способ контроля микрошероховатости поверхности, заключающийся в зондировании исследуемой поверхности путем ее построчного сканирования, получении сигнала изображения рельефа зондируемой поверхности и анализе сигнала топографического контраста, отличающийся тем, что, с целью повьгазения точности контроля микрошероховатости поверхности за счет исключения погрешностей от флуктуации, в процессе анализа сигнала изображения рельефа зондируемой поверхности вычисляют автокорреляционную функцию этого сигнала в интервале времени, равном времени однострочного сканирования, определямт первую производную автокорреляционной функции, запоминают максимальное значение модуля производной и делят его на среднее в пределах соответствующей строки эффективное значение мощности сигнала согласно формуле

max(t)

0

5

0

Кdt t4

и( г)и( :; -Lt)dt/

1.

tc где К,U(it)U(it)dt

получаемый в результате указанных действий коэффициент щероховатости профиля поверхности в i-й строке сканирования;

max(t) - максимальное значение функции в пределах изменения переменной t;

t U(it)

- время, исчисляемое от начала развертки строки; зависимость от времени напряжения сигнада при зондировании i-й строки исследуемой поверхности;

(it) - комплексно-сопряженная функция напряжения сигнала; tj, - время развертки одной стро. ки;

t - параметр автокорреляции.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности контроля микрошероховатости поверхности за счет исключения погрешностей от флуктуации.Информация о глубине и форме профиля поверхности содержится в относительной величине, получаемой из сигнала от поверхности автокорреляционной функции. Способ позволяет вычислять коэффициент шероховатости профиля поверхности по формуле ... I fTc Kt 5t t TC -i- j U(it) IJ(it)dt с где raax(t) - максимальное значение функции в пределах измерения переменной t; t - время, исчисляемое от начала зондирования строки поверхности; U(it) - зависимость от времени напряжения сигнала топографического контраста при зондировании L-Й строки исследуемой поверхности; U(it) - комплексно-сопряженная функция напряжения сигнала топографического контраста; время зондирования одной строки поверхности; t- параметр автокорреляции. 1 ил. S (Л