Способ измерения шероховатости поверхности Советский патент 1990 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим методам измерения шероховатой поверхности, и может быть использовано для измерения шероховатости поверхности при металлообработке.

Цель изобретения - расширение информативности и повышение точности измерения за счет возможности измерения шероховатости не только сверхгладких поверхностей, но и в случае

шероховатой поверхности за счет определения отношения коэффициентов ослабления зеркальной составляющей контролируемой и эталонной поверхностей, соответственно методом, обеспечивающим минимальные погрешности, вносимые .диффузной составляющей, а также исключения влияния оптических свойств материала на результаты измерений путем выравнивания полных интенсивностей дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхностей.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - распределение интенсивности излучения в дифракционном спектре.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, например лазер. За источником 1 когерентного излучения по ходу пучка излучения установлена фокусирующая осветительная оптическая система 2 таким образом, что

15380if74

5 формируют пространственно-частотный дифракционный спектр излучения, отраженного от контролируемой поверхности. Значения интенсивности дифракционного спектра регистрируют при помощи приемника 6 изображения, видеосигнал с выхода которого подают на аналоговый вход аналого-цифрового 10 преобразователя 7. Цифровые коды, соответствующие значениям интенсивности дифракционного спектра на фотоэлементах приемника б изображения, с цифрового входа аналого-цифрового

задняя плоскость фокусировки ее совме- преобразователя 7 передают через устщена с контролируемой поверхностью 3, а ось пучка излучения составляет угол @ с нормалью к контролируемой поверхности 3. По ходу отраженного от контролируемой поверхности 3 пучка уста- 2Q новлена приемная оптическая система 4, передняя плоскость фокусировки ко I торой также совмещена с контролируемой поверхностью 3. За приемной оптичесройство 8 ввода цифровых сигналов в оперативное запоминающее устройство микропроцессора 9, где формируют массив данных и выполняют программно- цифровую обработку этого массива. Величину отношения а коэффициентов ослабления интенсивности зеркальной составляющей дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверх30

fcWiSclWs nbJjjW

) - (f:w0(

где W0(vr ) - значени

35

40

кой системой k расположен фурье-объек-25 остей определяют из

которого установлен приемник 6 изображения, который может быть выполнен в виде твердотельного полупроводникового многоэлементного приемника, например приемника с зарядной связью (ПЗС)о Фотоэлементы приемника 6 изображения ориентированы в направлении, перпендикулярном к плоскости падения пучка излучения на контролируемую поверхность 3, т.е. к плоскости, образованной осью освещающего пучка излучения к контролируемой поверхности 3. Выход приемника k изображения под™ ключен к аналого-цифровому преобразователю 7 цифровой выход которого через устройство 8 ввода цифровых сигналов подключен к микропроцессору 9.

Способ осуществляется следующим образом.

С помощью источника 1 когерентного излучения и фокусирующей осветительной оптической системы 2 освеща- щают контролируемую поверхность 3 пучком когерентного излучения. Приемной оптической системой Ц преобразуют отраженное от контролируемой поверхности 3 излучение в плоские волны, распространяющиеся как в направлении зеркального отражения (зер кальная составляющая), так и в других направлениях - диффузная составляющая. При помощи фурье-объектива

45

50

55

о4 rt

дифракционного спект кальной поЕ$ерхности, точек регистрации ин тра} N - количество ции, по которому суд квадратическом откло ровностей контролиру при этом величину ег формуле Ј 1па ( среднее квадратическ высот неровностей эт НОСТИ; К 2 (Г /А; 1Г

длина волны излучени

При регистрации и фракционного спектра рекцию по сжачениям новой засветки.

С целью исключени чий коэффициентов от ной и контролируемой выравнивают полные и фракционных спектров и эталонной поверхно

Формула изо

1. Способ измерен поверхности, заключа освещают контролируе

преобразователя 7 передают через устройство 8 ввода цифровых сигналов в оперативное запоминающее устройство микропроцессора 9, где формируют массив данных и выполняют программно- цифровую обработку этого массива. Величину отношения а коэффициентов ослабления интенсивности зеркальной составляющей дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхвыражения

остей определяют из

fcWiSclWs nbJjjW&nl Z,

) - (f:w0(o) /N -

N

ZL

где W0(vr ) - значения интенсивности

о4 rt

дифракционного спектра эталонной зеркальной поЕ$ерхности, - положения точек регистрации интенсивности спектра} N - количество точек регистрации, по которому судят о среднем квадратическом отклонении высот неровностей контролируемой поверхности, при этом величину его определяют по формуле Ј 1па (4К7созв), где бе- среднее квадратическое отклонение высот неровностей эталонной ПОВерХ- НОСТИ; К 2 (Г /А; J М 592, . „ . , Л длина волны излучения.

При регистрации интенсивности дифракционного спектра осуществляют коррекцию по сжачениям интенсивности фоновой засветки.

С целью исключения влияния различий коэффициентов отражения эталонной и контролируемой поверхностей выравнивают полные интенсивности дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхностей.

Формула изобретения

1. Способ измерения шероховатости поверхности, заключающийся в том, что освещают контролируемую поверхность

51

под углом 6 пучком когерентного монохроматического излучения, регистрируют интенсивность излучения, отраженного от поверхности, и определяют среднеквадратическое отклонение высот неровностей, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности и повышения точности измерения, формируют простран- ственно-частотный дифракционный спект контролируемой поверхности, регистрируют значения его интенсивности W(ifn) в направлении, перпендикулярном плоскости падения пучка, олреде- ляют отношение а коэффициентов ослабления интенсивности зеркальной составляющей дифракционного спектра контролируемой и эталонной поверх- из выражения

ноетей

а , J-MSAMZsllRu&blbjdz&ul

|.,./Н

где N - количество точек регистрации

W0(n) - значения интенсивности дифракционного спектра эта

лонной зеркальной поверхно- сти; 5fn - положения точек регистрации

интенсивности спектра, а величину среднего квадратического отклонения высот неровностей контролируемой поверхности определяют по

формуле

d, l&blna/(4K2cos 0), где 60- среднее квадратическое отклонение высот неровностей эталонной поверхности;

К 2йУЛ; 1Г 3,,

Л- длина волны излучения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определяют интенсивность фоновой засветки и с ее учетом корректируют интенсивность дифракционного спектра.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что выравнивают полные интенсивности дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхностей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля шероховатости поверхности при металлообработке. Цель изобретения - расширение информативности и повышение точности измерения за счет возможности измерения не только сверхгладких поверхностей, но и в случае шероховатой поверхности, за счет определения отношения коэффициентов ослабления зеркальной составляющей контролируемой к эталонной поверхности соответственно методом, обеспечивающим минимальные погрешности, вносимые диффузионной составляющей, а также исключения влияния оптических свойств материала на результаты измерений путем выравнивания полных интенсивностей дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхностей, а средне-квадратичную высоту микронеровностей определяют по формуле. Далее дополнительно осуществляют коррекцию значений интенсивности дифракционного пространственно-частотного спектра по значениям интенсивности фоновой засветки. Для исключения влияния различий коэффициентов отражения эталлонной и контролируемой поверхностей, которые возникают из-за различий оптических свойств материалов, из которых изготовлены эти поверхности, осуществляют выравнивание полных интенсивностей дифракционных спектров контролируемой и эталонной поверхностей. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

4&Х ///////////ЛбсбР

Фие.1

W

Ф