Способ измерения высоты шероховатости Советский патент 1987 года по МПК G01N21/88 G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля качества поверхности.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений высот шероховатости поверхностей.

На чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, сменные объективы 2, фокусирующие излучение на объект i3, установленный на узел 4 крепления образца, соединенный через редуктор 5 с электродвигателем 6. 0т- счетный микроскоп 7 регистрирует углы поворота образца. Поворот осуществляется узлом 8 автоматического вращения с приводом от электродвигателя 9. Приемная система устройства состоит из апертурной диафрагмы 10, объектива 11 и фотоприемника 12, сигнал с

которого через согласующее устройство 25 ствительность устройства к высоте не13 поступает на ЭВМ 14, а при необходимости - на вход самописца 15. Управление автоматическим перемещением и врап1ением образца производится с помощью пульта 16.

Когерентное излучение, сфокусированное на исследуемой поверхности и отраженное ею, создает спекл-структ.у ру в плоскости наблюдения. При этом контраст С спекл-структуры может быт определен по формуле

С е- / I ,

где G среднеквадратичное отклонение интенсивности I от среднего значения i1. Контраст спекл-структуры связан с высотой неровностей рассеивающей поверхности. Регистрацию спекл-структуры производят при перемещении образц в заданном направлении, так как интерференционная картина перемещается вместе с образцом.

В области сферического фронта регистрируемой волны контраст спекл- структуры определяется по формуле

С (N/2) ,

где G - среднеквадратичное изменение фазы;

N - число коррелированных площадей, участвующих в создании спекл-структуры. Введение сменных фокусирующих объективов обеспечивает измерение шагового параметра шероховатости, что позволяет измерять высоту неровностей по контрасту спекл-структуры без привлечения других способов, а также дает полную информацию о параметрах шероховатости - шаговом и высотном. Измерение шага основано на принципе оптики спеклов: максимальный контраст

спекл-структуры С

ИРКС

при данной

высоте неровностей создает двухлуче- вая интерференция. Это условие выполняется, когда число коррелированньк площадей в освещенном пятне N 2. Измерение контраста последовательно с каждым объективом, создающим на исследуемой поверхности различный размер освещаемой зоны, позволяет построить кривую зависимости С от диаметра пучка. Экстремальная точка зависимости соответствует на оси абсцисс удвоенному шагу неровностей. Кроме того, возможность работы в зоне максимального контраста повышает чув0

5

ровностей, т.е. расширяется область измеряемых высот неровностей и число измеряемых параметров.

Возможность вращения узла крепления образца вокруг оси гониофотометра позволяет изменять угол падения излучения на образец в пределах 0-90°, Увеличение угла падения света уменьшает фазовый отклик на высоту неровностей пропорционально косинусу угла падения.

При GVJ, i 1 зависимость контраста от высоты неровностей выражается линейной зависимостью

40

С созр/Я N

1f2

.

COS(3 б ,

где 6 - среднеквадратичная высота

неровностей, |S - угол падения излучения на

образ ец,

Д - длина волны света; - коэффициент, зависящий от отклонения приемной системы от угла зеркального отражения ( У / 1) .

Расстояние Z,

55

. от плоскости изображения сменных объективов 2 до объектива 11

приемной системы соответствует расстоянию практической бесконечности Z, , где d - поперечный размер изобргшения источника, созда3133

ваемого объективом 2 на поверхности образца 3. Фотоприемник 12 расположен на оптической оси приемной системы и удален от плоскости изображения объектива -11 , находящейся вблизи : его фокальной плоскости , на расстояние

г f-/l/2a2 ,

где f - фо кусное расстояние объектива 11 а - апертура объектива 11.

Порог чувствительности к высоте неровностей составляет 5 А. Теоретический анализ ошибки измерения среднеквадратичной вариации фазы световой волны на неровн остях поверхности методом спекл-интерферометрии дает величину менее 1%.

44

Формула изобретен и я Способ измерения высоты шерохов а- тости, заключающийся в освещении образца и регистрации отраженного от него излучения при различных углах поворота образца относительно падающего излучения, отличающий- с я тем, что, с целью расширения

диапазона измерений, освещение производят сфокусированным, когерентным излучением, измеряют контраст спекл- структуры в ближнем поле дифракции при перемещении образца в плоскости

изображения фокусирующего объектива, изменяют размер сфокусированного пятна до получения максимального контраста спекл-структуры и по измеренному максимальному контрасту и размеру соответствующего ему сфокусированного пятна судят об абсолютном значении высоты шероховатости.

/J

редактор И.Шулла

Составитель В.Варнавский Техред М.Ходанич

Заказ 3825/39Тираж 776Подписное

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, А

Корректор А.Обручар

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового распределения рассеянного света и косвенной бесконтактной оценки параметров рассеивающей поверхности. Цель изобретения - расширение диапазона измерений высоты шероховатости. Измерение контраста спекл-структуры с набором объективов позволяет построить зависимость контраста от диаметра светового пятна на поверхности, максимум которой соответствует на оси абсцисс удвоенному шагу неровностей. Зная шаг неровностей, можно непосредственно оценивать высоту неровностей по контрасту спекл- структуры. 1 ил. (Л