Способ определения распределения крутизны микронеровностей шероховатой поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения распределения крутизны неровностей, определяющих величину напряжения при контакте трущихся поверхностей, а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении, машиностроении, бесконтактном контроле состояния поверхности и однородности материала изделия, а также в других отраслях науки и техники.

Известен ряд оптических способов измерения параметров рельефа поверхности изделия, базирующихся на определении в реальном масштабе времени высотных и шаговых параметров по когерентному изображению поверхности.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения распределения кру- тизны неровностей, основанный на проецировании когерентного изображения поверхности в плоскость регистрации, в которой размещается фотослой, регистрировании сквозь поляризатор-анализатор такого изображения, проецировании на полученный транспарант-фильтр сквозь анализатор, ось пропускания которого вращается, изображения шероховатой поверхности, измерении изменения светового потока, прошедшего сквозь транспарант в зависимости от угла поворота анализатора, по которому рассчитывают распределение крутизны микронеровностей.

Недостатком способа является невозможность определения величины двулучеп- реломления А п, искажающей истинные значения крутизны микронеровностей. С другой стороны,.параметр An является важнейшим при анализе оптических свойств стекол, полупроводников, фианитов и др. объектов, используемых в оптическом и полупроводниковом приборостроении.

Целью изобретения является повышение точности определения крутизны микронеровностей для шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использования способа за счет измерения градиента показателя преломлэния вещества шероховатого объекта.

Это достигается тем, что освещают реплику шероховатой поверхности, регистрируют распределение интенсивностей в ее когерентном изображении, осуществляют его поляризационную фильтрацию, определяют распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности, а о градиенте показателя преломления вещества шероховатого объекта судят по разности уровней интенсивностей света после поляризационной фильтрации когерентных изображений шероховатого объекта и его реплики.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит источник 1 излучения, четвертьволновую пластинку 2, поляризатор 3, коллиматор 4, светоделитель 5, поворотное зеркало б, реплика шероховатой поверхности 7, проекционные объективы 8, 19, фотографический транспарант 10 реплики шероховатой поверхности, анализаторы 11, 12, фотоэлектронные умножители 13,14, конденсаторы 15, 16, блок 17

сравнения сигналов, вырабатываемых фотоумножителями 13, 14, фотографический транспарант 18 шероховатой поверхности, шероховатую поверхность 19.

Устройство работает следующим обра0 зом. На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГН-215 (источник излучения 1). Четвертьволновая планка 2 преобразует линейную поляризацию лазерных колебаний в циркулярную. . Поляризатор 3 формирует плоскость поля5 ризации лазерных колебаний под углом 45° относительно плоскости падения. Коллиматор 4 преобразует исходную лазерную волну в пучок с плоским волновым фронтом, который делится светоделителем 5 на два; опорный и объективный.

0 ь опорном канале освещающий лазерный пучок с помощью поворотного зеркала 6 направляется на реплику шероховатой поверхности 7. Сформированное таким образом когерентное изображение реплики

5 проецируется объективом 8 в плоскость регистрации, в которой расположен фотореги- стрирующий транспарант 10, а перед ним находится анализатор 11, ось пропускания световых колебаний которого ориентирова0 на под углом 45° относительно плоскости падения. Фотослой регистрирует распределение интенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности.

5 Далее с помощью вращающегося анализатора в угловых пределах 45-135° относительно плоскости падения формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах корреляции когерентного

0 изображения реплики шероховатой поверхности и пропускают их через транспарант- маску. Конденсатор 15 концентрирует пропущенный световой поток на вход ФЭУ 13, который измеряет уровень изменения

5 интенсивности,

В объектном канале реализуются аналогичные операции. Когерентное изображение исследуемого шероховатого объекта 19 с помощью проекционного объектива 18

0 проецируют сквозь анализатор 12, ось пропускания осевых колебаний которого ориен- тирована под углом 45° относительно плоскости падения, в плоскость фотослоя, который регистрирует распределение ин5 тенсивностей в когерентном изображении исследуемого шероховатого объекта. С помощью вращающегося анализатора 12 в угловых пределах 45-135° относительно

плоскости падения формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах корреляции когерентного изображения шероховатого объекта и пропускают их через транспарант-маску. Конденсатор 16 концентрирует пропущенный световой по- ток на вход ФЭУ 14, который измеряет уровень интенсивности. Блок сравнения 17 сигналов, выработанных ФЭУ 13 и 14, осуществляет вычитание сигналов синхронно для каждого значения угла поворота знали- заторов 11 и 12.

На основании полученных данных рассчитываются распределение крутизны микронеровностей и градиент показателя преломления шероховатой поверхности.

Предлагаемый способ повышает точность определения крутизны при наличии эффектов двулучепреломления на один порядок. При этом расширяются функциональные возможности способа, состоящие в одновременном получении информации о крутизне микронеровностей и о величине показателя двулучепреломления вещества объекта.

Формула изобретения

Способ определения распределения крутизны микронеровностей шероховатой поверхности объекта, заключающийся в том, что облучают исследуемый объект плоскополяризованным лазерным пучком с азимутом поляризации 45° относительно

плоскости падения, проецируют когерентное изображение поверхности объекта в плоскость фоточувствительного слоя сквозь анализатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45°, регистрируют распределение интенсивностей в когерентном изображении шероховатого объекта, измеряют уровни интенсивностей излучения, прошедшего через фотографический транспарант при поворотах оси анализатора от 45 до 135 и определяют распределе- ние крутизны микронеровностей поверхности шероховатого объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения этого параметра для шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширения информативности способа за счет из- мерения градиента показателя преломления вещества шероховатого объекта, освещают реплику шероховатой поверхности, регистрируют распределение интенсивностей в ее когерентном изображении, осуществляют его поляризационную фильтрацию, определяют распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности, а о градиенте показателя преломления вещества шероховатого объекта судят по разности уровней интенсивностей света после поляризационной фильтрации шероховатого объекта и его реплики.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения распределения крутизны микронеровностей, определяющих величину напряжения при контакте трущихся поверхностей, а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении, бесконтактном контроле состояния поверхностей и др. отраслях науки и техники. Целью изобретения является повышение точности определения распределения крутизны микронеровностей для шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использования способа за счет измерения градиента показателя преломления вещества шероховатого объекта. Способ заключается в том, что изготавливают реплику шероховатой поверхности, формируют опорный плоский волновой фронт с заданными поляризационными характеристиками, освещают реплику поверхности, проецируют ее когерентное изображение в плоскость фотослоя сквозь анализатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45°. Регистрируют распределение ин- тенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности, измеряют уровни интенсивностей излучения, пропущенного фотографическим транспарантом реплики при поворотах анализатора от 45 до 135° относительно плоскости падения рассчитывают распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности последовательно для каждого значения угла поворота анализатора. Вычитают уровни интенсивностей света, прошедшего через фотографические транспаранты шлифованной поверхности и ее реплики, и по разности уровней судят о градиенте преломления вещества шероховатой поверхности. 1 ил. Ё VI 4 Ь. Јь СЛ Ч

гз

16