Способ определения параметров шероховатости слабошероховатой поверхности и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для диагностики слабошероховатой новерхности.

Целью изобретения является повышение точности и увеличение чувствительности за счет проведения измерений по градиенту интенсивности поля излучения.

На чертеже приведена схема устройства, . реализующая способ.

Устройство содержит.источник I когерентного излучения, расположенные по ходу излучения коллиматор 2 и светоделитель 3, делящий излучение на два пучка, по ходу одного из которых исследоватсльно расположены четвертьволновая пластина А, ориентированная тем, что ее ось образует угол 45 с плоскостью поляризации излучения, и зеркало 5, в контакте с которым со стороны, противоположной падению на него пучка установлена пьезокерамическая подвижка 6, а по ходу другого пучка расположен держатель объекта 7, последовательно установленные по ходу выходящего пучка поляризатор 8, апертурную диафрагму 9, объектив 10, расположенный так, что плоскость держателя объекта 7 оптически совмещена с плоскостью диафрагмы 11 фотоприемйика 12, и дополнительный светоделитель 13, установленный по ходу разделенного светоделителем 13 пучка фотоприемник 1А с диафрагмой 15, расположенный в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью держателя объекта 7, и выполненный с возможностью перемещения в этой плоскости посредством механизма б поперечного сканирования

Способ реализуется и устройство работает следукщим образом.

Облучают по нормали исследуемый объект 7 в держателе. Строго соосно смешивают пучок на выходе интерферометре путем подъюстировок зеркала 5 и светоделителя-смесителя 3, Выравн вают интенсивности объектного и опо ного пучков, изменяя взаимную ориентацию (угол между осями) поляризатора 8 и четвертьволновой пластинки

4 т . С помощью пьезокерамической

4

подвижки 6 изменяют разность хода между опорным и объектным пучками, добиваясь их противофазности, Проти

вофазность опорного и объектного пучков контролируют по минимуму интенсивности результирующего пучка Трмин

с помощью фотоэлектронного приемного устройства 16, Выбирают размер апертурной диафрагмы 9 таким образом., чтобы в формировании изображения поверхности объекта гфинимали

участие все пространственно-частотные компоненты поля, соответствующие поверхностной структуре объекта, согласно соотношения

.

где d - размер апертурной диафрагмы; а - диаметр облучающего пучка; b расстояние от измеряемой поверхности до апертурной диафрагмы; Л - длина волны используемого

jricT04HHKa;

1, - радиус корреляции неровнос- тей исследуемой поверхности.

Измеряют интенсивность 1рмин результирующего пучка с помощью фотоэлектронного приемного устройства 12, затем перекрывают объектный пу- чок и измеряют интенсивность опорного пучка TO. В дальнейшем по формуле (1) расчитывают дисперсию фазы поля

5

б. ,

JL /

(1)

где 4 1рмин - интенсивность результирующего поля минимальная ; (/ - дисперсия фазы поля;

6

интенсивность опорного пучка.

Измеряют однокоординатное распределение интенсивности в поперечном сечении пучка путем сканирования 45 поля системой, состоящей из микронной диафраг -й. 15, фотоэлектронного тфиемного устройства 14 в механизме 16 поперечного микропомещения,

Размер микронной диафрагмы выби- го рают значительно меньших размеров структурных элементов результирующего поля. По полученной зависимости с помощью формул

lL lM l5ii:) ((х,у)-(2)

4 kttiL i|jLzf - Г Y (х,у) (3)

рассчитывают корреляционные моменты фазы объектного поля третьего и четвертого порядков. В соотнотениях (2) и (3) обозначение .,, означает усреднение, (х,у) - локальное значение фазы обЗ ектного поля, f - средняя фаза.

По полученным значениям структурных параметров поверхности объекта можно судить о функции распределения по высотам неровностей слабошероховатой поверхности и определить параметры шероховатости поверхности (дисперсию, высоты, среднюю высоту неровностей и т.д.).

Формула изобретения

1. Способ определения параметров шероховатости слабошероховатой поверхности, заключающийся в том, что коллимированный пучок когерентного излучения разделяют на два пучка равной интенсивности, опорный и измерительный, освещают измерительным пучком исследуемую поверхность, совмещают отраженный от поверхности пучок с опорным, наблюдают интерференционные полосы и определяют параметры шероховатости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения чувствительности, используют пучок линейно поляризованного когерентного излучения, пучки совмещают до исчезновения интерференционных полос, изменяют разность хода до получения минимальной интенсивности светового излучения по всей плоскости наблюдения, регистрируют суммарную интенсивность излучения -ВО всей плоскоети и однокоординатное распределение интенсивности, перекрывают измери

5

0

тельный пучок, регистрируют интенсивность опорного пучка и по полученным данным рассчитывают параметры шероховатости.

2, Устройство .для определения параметров шероховатости слабошероховатой поверхности, содержащее источник когерентного излучения, расположенные последовательно по ходу излучения коллиматор и светоделитель, делящий излучение на два пучка, опорный и измерител,ьный, отражатель, располо- женньгй в опорном пучке, держатель исследуемого объекта, расположенный в измерительном пучке, и фотоприемник с диафрагмой, расположенной в области формирования интерференционной картины, отличающееся тем, что, с целью повьтения точности и увеличения чувствительности, оно снабжено четвертьволновой пластинкой, расположенной между светоделите5 лем и отражателем и ориентированной так, что ее оптическая ось образует угол А5° с плоскостью поляризации излучения, пьезокерамической подвижной, расположенной в,опорном пучке и скр-епленной с отражателем, последовательно расположенными между свёто- делитепем и фотоприемником поляризатором, апертурной диафрагмой,объективом, установленным таким образом,что плоскость держателя объекта и плоскость фотоприемника оптически совмещены,и дополнительным светоделителем, дополнительным фотоприемником с диафрагмой, расположенным по ходу отражен0 него от светоделителя излучения, установленным в плоскости, оптически сопряженной с плоскостью держателя образца, и выполненным с возможностью перемещения в этой плоскости.

0

5

Изобретение относится к измерительной тех1шке и может быть использовано для диагностики слабошероховатой поверхности. Целью изобретения является повьшение точности и увеличение чувствительности за счет проведения измерений по градиенту интенсивности излучения. В способе и устройстве, реализующем данный способ, для облучения объекта 7 по нормали используется источник 1 высококогерентного излучения. В интерферометре Майкельсона объектная и опорная волны строго соосно смешиваются на выходе интерферометра. В дальнейшем изменяют разность хода опорной и объектной волн, добиваясь кх противофазности, о чем судят по минимуму интенсивности результирующего поля. Измеряют одиокоординат- ное распределение интенсивности в плоскости изображения объекта, интенсивность результирующего поля и опорного пучка, по которым судят о функции распределения по высотам М1кро- неровностей, а также о параметрах шероховатости слабошероховатой поверхности. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. (С СЛ М /5 7 J6