Способ бесконтактного определения шероховатости поверхности Советский патент 1991 года по МПК G01B11/30 

1

(21)4724822/28 (22) 27.07.89 (46)15.12,91. Бюл №46

(71)Институт химии поверхности АН-УССР

(72)В.П Юрина-Цимбал (53)531 715.27(088.8)

(56)Gary E. Sommergren. Optical heterodyneprofilometer - Applyed Optics, 1981, v.20, №40, p 610-618.

(54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения шероховатости и волнисгости поверхности в машиностроении, приборостроении и микроэлектронике. Цель изобретения - расширение области использования способа путем определения помимо шероховатости еще и волнистости поверхности. В способе стабилизированное

по абсолютной частоте и разности частот двухчастотное излучение лазера разделяют на опорный и два информационных пучка, один из которых разводится по поляризациям, и формируют оптическими элементами на контролируемую поверхность так, чтобы один из разведенных пучков был совмещен с осью ее вращения, а компонент второго информационного пучка фокусируют на контролируемую поверхность в центр разведенного пучка, не совмещенного с осью вращения поверхности, осуществляют обратное преобразование отраженного от контролируемой поверхности света и направляют на информационные фотоприемники, В результате появляется возможность расширить диапазон спектрального состава шаговых характеристик неровностей поверхности и выделить волнистость и шероховатость из общей совокупности неровностей 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам неразрушающего оптического контроля шероховатости и волнистости поверхности, и может быть использовано для бесконтактного измерения шероховатости и волнистости поверхности в машиностроении, приборостроении, микроэлектронике, в том числе высококлассных поверхностей прецизионных деталей, оптических деталей, полупроводниковых пластин интегральных схем

Цель изобретения - расширение области использования способа путем определения помимо шероховатости еще и волнистости поверхности.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для реализации способа безконтактного определения шероховатости поверхности.

Устройство содержит лазер 1, четвеоть- волновую пластину 2, полупрозрачное зеркало 3, вращающуюся полуволновую пластину 4, поляризатор 5, фотоприемник 6, полупрозрачное зеркало 7,поворотное зеркало 8, полупрозрачное зеркало 9, линзу 10, призму Волластона 11, призму 12, поляризационный кубик 13, полупрозрачное зеркало 14, микрообъективы 15 и 16, поляризационный кубик 17, поворотное зеркало 18, линзу 19, поворотное зеркало 20, полупрозрачное зеркало 21, поляризатор 22, фотоприемник 23, поляризатор 24 и фотоприемник 25.

На чертеже стрелками указано направление поляризации в информационных и

опорном пучках; d - диаметр пучков I и II, сравнимый с базовой длиной шероховатости поверхности; m - расстояние между центрами пучков, которое больше базовой длины шероховатости поверхности; а - центр пучка I, совмещенный с центром вращения поверхности 26 контролируемого изделия; b - центр пучка II, в который сфокусирован пучок III.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемую поверхность 28 вращают с постоянной скоростью и освещают двумя монохроматическими когерентными линейно поляризованными пучками света с взаимно ортогональной поляризацией, сформированными лазером 1, четвертьволновой пластиной 2, полупрозрачным зеркалом 9, линзой 10, призмой Волластона 11, призмой 12 и микрообьективами 16 и 15 так, что на контролируемой поверхности 26 их диаметры d сравнимы с базовой длиной шероховатости поверхности, а расстояние m между ними больше базовой длины.

Первый из этих пучков I совмещают с центром а вращения поверхности 26 контролируемого изделия. В центр b второго пучка II, не совмещенного с центром вращения поверхности, фокусируют линзой 16 третий пучок III, сформированный лазером 1, четвертьволновой пластиной 2, полупрозрачным зеркалом 17 и поляризационным кубиком 13, имеющим поляризацию, ортогональную поляризации второго пучка И. Для получения информации о волнистости поверхности осуществляют обратное преобразование первого и второго пучков I м II, отраженных от поверхности 26. объективами 15 и 16, поляризационной призмой 13, призмой Волластона 11м линзой 10, выводят пучок на информационный фотоприемник 25, перед которым установлен поляризатор 24. Для получения информации о шероховатости второй и третий пучки

II м II, отраженные от поверхности 26, выводят на фотоприемник 23 объективом 16, полупрозрачным зеркалом 14, поляризационной призмой 17, зеркалом 18, линзой 19,

зеркалом 20, полупрозрачным зеркалом 21 w поляризатором 22, Для учета фазовых биений источника излучения формируют опорный пучок полупрозрачным зеркалом 3, вращающейся полуволновой пластиной 4 и

поляризатором 5 ч выводят на фотоприемник 6.

.Формула изобретения Способ бесконтактного определения

шероховатости поверхности, заключающийся в том. что вращают поверхность с постоянной скоростью, освещают ее двумя монохроматическими когерентными линейно поляризованными пучками света с взаимно ортогональной i

поляризацией, первый из которых совмещен, а второй не совмещен с центром вращения поверхности, определяют разность фаз между отраженными от поверхности пучками и изменение разности фаз во времени, по которым судят о шероховатости поверхности, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования способа путем определения помимо шероховатости еще и волнистости поверхности, освещают поверхность третьим пучком, сфокусированным в центре второго пучка и имеющим поляризацию, ортогональную: поляризации второго пучка, первый и второй пучки формируют так, чтобы на контролируемой поверхности их диаметры были сравнимы с базовой длиной шероховатости поверхности, а расстояние между ними было больше базовой длины, а определение разности фаз между пучками и ее изменения во времени производят между .отраженными от поверхности первым и вторым пучками и вторым и третьим пучками соответственно, по которым судят о волнистости и шероховатости.

&

U

/ z

4 3

П 22 21

w

11