Способ определения функции распределения микроплощадок по наклонам шероховатой плоской поверхности образца Советский патент 1991 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть иополь- зозано, в частности, для определения функции распределения микроплошадок шероховатых плоских поверхностей при обработке твердых тел.

Целью изобретения является повышение точности и производительности определения функции распределения микроплощадок по наклонам за счет того, что полностью отсутствует затенение освещенных поверхностей микроплощадок при их облучении и приеме, а также за счет практически мгновенного определения искомой функции распределения микроплощадок по наклонам.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, цилиндрическую линзу 3, зеркало 4, фотоэлектрический приемник 5, узел 6 для выделения и выпрямления переменной части электрического сигнала приемника 5, анализатор 7 спектра, ЭВМ 8. Кроме того, обозначена исследуемая поверхность 9 обрач- ца, движущегося перпендикулярно наОУ

оо со

00

tn

правлению облучения со скоростью v. Ось цилиндрической линзы 3 перпендикулярна направлению излучения и перпендикулярна вектору скорости перемещения исследуемой поверхности 9. Одна часть излучения после светоделителя 2 отражается в обратном направлении от зеркала 4 и, выступая в качестве опорного сигнала, склады- рается с отраженным от исследуемой поверхности 9 излучением. Возникшее при этом биение регистрируется фотоэлектрическим приемником 5. Таким образом реализуется гетеродинный метод приема излучения. В узле 6 производится выделение и выпрямление переменной части электрического сигнала приемника 5, которая подается н вход широкополосного анализатора 7 спектра. Полученный спектр регистрируется в ЭВМ 8, которая в дальнейшем производит вычисление функции распределения микроплощадок по наклонам.

Способ осуществляют следующим образом,

Доплеровское смещение (его линейv

пая часть, пропорциональная

где

с - скорость света) отраженного от исследуемой поверхности 9 излучения отлично от нуля только в том случае, если отражающая поверхность приближается или удаляется от лазера 1. Поэтому при отражении света от микроплощадки, наклоненной к макроповерхности образца под углом & , возникает доп- леровское смещение величиной

U60

&:

где (00 - частота падающего монохроматического излучения ,

v - скорость движения поверхности;

с - скорость света, т.е. сдвиг доплеровской частоты однозначно связан с углом наклона микроплощадки к поверхности 9 образца.

Если материал исследуемой поверхности 9 известен, то известна величина интенсивности излучения, рассеянной в направлении, обратном направлению облучения,и ее угловая зависимость может быть описана формулой

1(00 - I.A (eOcosOt ,

(1)

где Ig - интенсивность падающего излучения,

А(оО - экспериментально определяемая известная для данного материала функция, описывающая индикатрису рассеяния излучения полированной поверхности в направлении, обратном направлению облучения. Тогда интенсивность излучения, отраженного от всей совокупности микроплощадок с углом наклона к макроповерхности, связана с функцией распределения микроплощадок по наклонам соотношением

1Й -5jpA oOcostf|f f(Dt), (2)

где

л - эффективный показатель отражения от исследуемой поверхности )

В„ - площадь светового пятна в плоскости регистрации; RO - расстояние от исследуемой поверхности к плоскости регистрации.

Фурье-спектр выпрямленного электронного сигнала фотоэлектрического приемника обладает особенностью на нулевой частоте, которая связана с зеркальной составляющей индикатрисы рассеяния микроплощадок, ориентированных параллельно макроповер хности. Если производить фильтрацию сигнала с целью исключения постоянной части электрического сигнала, то частотный спектр переменной части электрического сигнала позволяет однозначно определить функцию распределения микроплощадок по наклонам с помощью соотношения

IfiJ) К .

Ј(«.

pI0D0S(oOA|cosp(

ТЬ2Ц.У Огс Л ( с

(3)

0

где

. 03 с arCt Q0 4T угол наклона

5

СО А(Ы) к„ микроплощадки шероховатой плоской поверхности) частота отраженного излучения;

спектральная интенсивность отраженного излучения; расстояние от исследуемой поверхности к плоскости регистрации;

5

О - эффективный показатель отражения от исследуемой по- верхности; I - интенсивность палающего

луча;1

Dp - площадь светового пятна в плоскости регистрации; А - интенсивность опорного

луча;

v - скорость перемещения исследуемой поверхности; с - скорость света, (00- частота падающего излучения,

А(оО - индикатриса рассеяния излучения полированной поверхности в направлении, обратном направлению облучения. Гетеродинный метод приема отраженного излучения осуществляется путем сложения отраженного сигнала частоты Q с опорным монохроматическим сигналом частоты С0„ , фотодетектирования и фильтрации переменной части электрического сигнала от постоянной составляющей, выпрямления переменного сигнала и определения его спектрального состава А (СО).

Таким образом, сопокуа.orть .-ГРЙ- ствий, составляющих способ следующая.

Облучают монохроматическим и-лучением поверхность 9 исследуемого образца, причем облучение проиявч, по нормали к исследуемой макроион р-ности.

Производят движение повср и 9 с постоянной скоростью перпендикулярно направлению облучения. Отраженное излучение принимают с помощью гетеродинного фотоэлектрического приемника 5 по макронормали к поверхности 9, выделяют переменный электрический сигнал из приемника 5 и после выпрямления подают его на широкополосный анализатор 7 спектра, из анализатора 7 спектра получают значение спектрального состава сигнала .

Вся совокупность значения частотного спектра обрабатывается ЭВМ 8, куда предварительно ьведено значение угловой зависимости индикатрисы рассеяния назад для полированной поверхности образца.

Далее вычисляют функцию распределения микроплощадок по наклонам согласно формуле (3).

333756

Для сокращения времени определения функции распределения микроплощадок по наклонам проводят оптическое зондирование довольно значительного участка поверхности 9 одновременно. Для этой цели применяют цилиндрическую линзу, ось которой перпендикулярна к линии облучения и скорости движения исследуемой поверхности 9.

10

Формула изобретения

Способ определения функции распределения микроплошадок по наклонам шероховатой плоской поверхности образца, заключающийся в том, что облучают исследуемую поверхность, принимают отраженное от поверхности излучение и определяют функцию распределения микроплощадок по наклонам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности определения, облучение исследуемой поверхности и прием отраженного от нее излучения производят по макронормали к плоской поверхности, перемещают образец с постоянной скорость пирпонликчлярно направлению

0б лучонпя, а определение функции

1(об) pacnp-Vif М гкрог.лсщлг -. по наклонам п г рихова oi. плоской - ности аронодчт по соеiношени ношениюо

И°° TVV

, I 1/2C00v Х i 8(Г

L

+ -W

Т5

0

5

где А(.,0 - епггтрлльная интонг.ияность отраженного излучения ;

Rfl - расстояние от исследуемой поверхности к плоскости регистрации;

Л - эффективный показатель отраж ния от исследл-гемой иовгр/.ности .

10 - интенсичность падающего луча ,

DO - площадь свгтового пятна

в плоскости регистрации, А (оО - индикатриса растения излучения полирсранной поверхности в направлении, обратном каправл Нию облучения ;

А - интенсивность опорного луча;

fj - arete--т- угол наклона мик- 5 ° С00 4v

роплощадки шероховатой плоской поверхности ,

частота падающего излучения ;

скорость перемещения исследуемой поверхности;

скорость света(

частота отраженного излучения .

Изобретение относится к иямери- тельной технике и может быть зовано, в частности, для опредепения функции распределения микроплощадок шероховатых плоских поверхностей при обработке твердых тел. Целью изобретения является повышение точности и производительности определения функции распределения микроплощадок по наклонам за счет того, что полностью отсутствует затенение освещенных поверхностей микроплощадок при их обпучении и приеме, а также чт СЧРТ практически мгновенного определения искомой функции распределения пикроплог;адок по наклонам. Искомую Функцию распределения определяют по частотному спектру выпрямленного злркгричегкого сигнала фотодатчика, работ ощего в гетеродинном режиме. Приведены гоотношения, связывающие искомую функцию с известной индика- тригой рассеяния излучения полированной погерхности р направлении, обратном напрлваению облучения. 1 ил. § (Л