Способ определения профиля шероховатости поверхности изделия и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля шероховатости поверхности в машиностроении/оптическом приборостроении и т.д.

Цель изобретения - повышение точности определения профиля шероховатой поверхности и расширение диапазона высот измеряемого профиля в сторону меньших значений (до 0,01. мкм) путем соосного совмещения пучков, выравнивания интенсив- ности пучков, введения разности фаз п/2 между ними и измер.ения координатного распределения интенсивности результирующей интерференционной картины.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для определения профиля шероховатости поверхности изделия.

Устройство содержит источник 1 излучения, коллиматор 2, светоделитель 3 в виде делительной пластины, объектив 4, компенсатор 5. фазовую пластинку 6Я /8, объектив 7, зеркало 8, пьезокерамический модулятор 9, объектив 10, поляризатор 11 и регистратор 12. На чертеже также обозначена исследуемая поверхность 13.

Способ с помощью устройства осуществляют следующим образом.

Источником 1 излучения служит излучение одномодового лазера ЛГ-38. Коллиматор 2, СОСТОЯЩИЙ из двух объективов и диафрагмы между ними, служит для расширения пучка и формирования волны с плоским фронтом, которая попадает на светоделитель 3. С помощью светоделителя в виде пластинки, на одной стороне которой нанесено светоделительное покрытие олна амплитудно расщепляется на объектую и опорную. Первый пучок лучей, отраенный от светоделителя 3, фокусируется бъективом 4 на исследуемой поверхности . После отражения от нее пучок снова роходит через объектив 4 и светоделитель

3. Прошедший через объектив 10 и поляризатор 11 пучок лучей формирует изображение поверхности 13 в приемной плоскости регистратора 12.

5Второй пучок лучей проходит через светоделитель 3, падает на компенсатор 5 проходит пластинку 6 Я/8 и фокусируется объективом 7 на зеркале 8. Отразившись от зеркала 8, лучи идут в обратном направле- 1U НИИ и падают на светоделитель 3. При этом часть лучей проходит через него и не участвует в определении профиля шероховатости поверхности изделия, а другая часть лучей отражается от светоделителя 3 и интерфе- ть рирует с лучами первой ветви интерферометра, образуя интерференционную картину полосы, локализованной в бесконечности. Это изображение с помощью объ- ектива 10 переносится в плоскость и приемной площадки регистратора 12.

Во второй ветви интерферометра помещена пластинка Я /8, главная ось которой ориентирована под углом 45° к плоскости поляризации падающего пучка. При двоись ном проходе излучения сквозь пластинку Я/8 происходит преобразование линейной поляризации.падающего излучения в циркулярную, Это позволяет плавно изменять соотношение интенсивностей опорного и U объектного пучков на выходе интерферометра. Поляризатор 11 предназначен для согласования поляризации опорного и объектного пучков.

Методика измерений среднеквадратич- b ного отклонения профиля состоит в следующем. Измеряют интенсивность 1о опорного пучка.

Поперечным смещением и вращением объектива 7 обеспечивают соосность объек- и тивного и опорного пучков на выходе интерферометра. В.этом случае интерференционная картина имеет вид равномерной нулевой полосы. Вращая поляризатор 11, обеспечивают равенство интенсивностей объектного и опорного пучков, что контролируется регистратором 12. Плавным изменением разности хода между об ьектным и опорным пучками в пределах А/2 путем гюдачи напряжения на модулятор 9 обеспечивают значение интенсивности результирующего поля равным 21о. Затем полевую диафрагму регистратора 12 уменьшают до размеров, меньших, чем размер структурных неоднородностей интенсивности результирующего поля, и производят поперечное сканирование поля. По измеренному координатному распределению интенсивности результирующего поля определяют профиль поверхности. Определение высоты h(x,y) профиля шероховатой поверхности производят из следующих соотношений:

h°(x,y)

1

2Kcosa 21

(х.у)

для отражающих поверхностей;

h п Гх v 1f pCX V) 1

У- К(П1-П2)( 21о

для пропускающих поверхностей,

..2л где К -т- - волновое число;

Я-длина волны излучения;

m и П2 - показатели преломления вещества изделия и окружающей среды соответственно.

Формула изобретения

1, Способ определения профиля шероховатости поверхности изделия, заключающийся в том, что формируют монох|эоматический параллельный пучок излучения, расщепляют пучок по амплитуде на два, помещают изделие на пути одного из пучков, формируют изображение поверхности изделия в плоскости регистрации, получают интерференционную картину в плоскости регистрации и определяют высоту профиля шероховатой поверхности, отличаю щийсятем,что, с целью повыше5

0

5

ния точности определения и расширения диапазона высот измеряемого профиля в сторону меньших значений, производят соосное совмещение пучков, выравнивают интенсивности пучков, вводят разность фаз Jt/2 между ними, измеряют интенсивность 1о одного из пучков, измеряют координатное распределение интенсивности 1р(х,у) интерференционной картины, а определение высоты h(x,y) профиля шероховатости поверхности изделия производят из следу ющих соотношений:

h°(.y)1

2 К

IP (х . у)

1

0

5

0

5

0

5

для отражающих поверхностей; h(x,y) V (

-1

где К (Щ - П2) I, 2 1о для пропускающих поверхностей,

2л;

- волновое число;

Я-длина волны излучения;

m и П2 - показатели преломления вещества изделия и опружающей среды соответственно.

2.Устройство для определения профиля шероховатости поверхности изделия, содержащее последовательно установленные источник излучения, коллиматор и светоделитель, предназначенный для деления излучения на два пучка, в одном из которых расположен обьектив, а в другом - компенсатор, объектив и опорное зеркало, и регистратор, отличающееся тем, что в качестве источника излучения использован источник высококогерентного линейно-поляризованного излучения, а устройство снабжено фазовой пластинкой Я/8, установленной во втором пучке, по ходу излучения за компенсатором так, что ее главная ось ориентирована под углом 45° к плоскости поляризации источника излучения, пьезоке- рамическим модулятором, на котором закреплено опорное зеркало, и поляризатором, установленным по ходу излучения перед регистратором.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения профиля шероховатости поверхности в машиностроении, оптическом приборостроении и т.д. Цель изобретения - повышение точности определения профиля шероховатой поверхности и расширение диапазона высот определяемого профиля в сторону меньших значений (до 0,01 мкм) за счет соосного совмещения пучков, выравнивания интенсивности пучков, введения разности фаз φ/2 между ними и измерения координатного распределения интенсивности результирующей интерференционной картины. Устройство содержит источник 1 излучения, коллиматор 2, светоделитель 3 в виде делительной пластины, объектив 4, компенсатор 5, пластинку λ/8 6, объектив 7, зеркало 8, пьезокерамический модулятор 9, объектив 10, поляризатор 11 и регистратор 12. Монохроматический параллельный пучок излучения от источника 1 амплитудно расщепляется на две равноинтенсивные составляющие. На пути одной из составляющих помещают исследуемую поверхность 13. На выходе системы составляющие смешиваются строго соосно. Изображение поверхности 13 проектируется в плоскость регистрации. Размер анализируемого участка поля должен быть не более размеров однородного участка интерференционной полосы. Интенсивности опорного и объективного пучков на выходе системы выравниваются и вводят между ними разность фаз, равную φ/2. Измеряют интенсивность I_о опорного пучка и координатное распределение интенсивности результирующего поля I_р (X,Y) в пределах однородного участка интерференционной полосы. Отклонение профиля от базовой линии H (X,Y) определяют из соотношения H°(X,Y)=1/2K^.COSΑ(I_р(X,Y)/2I_о-1) для отражающих поверхностей, H^п(X,Y)=1/K(N₁-N₂)^.(I_п(X,Y)/2I_о-1) для пропускающих поверхностей, где К=2φ/λ - волновое число

λ - длина волны излучения

N₁ и N₂ - показатели преломления вещества изделия и окружающей среды соответственно. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.