Способ контроля микродефектов поверхности Советский патент 1992 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неконтактного и неразрушающего контроля качества зеркальных (сверхгладких) поверхностей.

Известен способ определения среднеквадратичного отклонения высот микронеровностей сверхгладких поверхностей, заключающийся в том. что направляют на контролируемую поверхностью под острым углом к ней параллельный пучок монохроматического электромагнитного излучения, измеряют интенсивности 3 и I излучения, отраженного этой поверхностьюсоответственно в зеркальном направлении и в направлении, отличном от зеркального, проводят эти измерения для эталонного образца с известным среднеквадратичным отклонением высот микронеровностей при прочих равных условиях и определяют среднеквадратичное отклонение высот микронеровностей контролируемой поверхности путем сравнения результатов измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения и классификации микродефектов. Этот способ заключается в том, что фокусируют на контролируемую поверхность по нормали к ней пучок монохроК|

Os

iGO

,00

00

СЛ

магического электромагнитного излучения и измеряют интенсивности U и Alij излучения, отраженного этой поверхностью соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального. По результатам этих измерений можно оценить размеры и форму микродефекта.

Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывают состояние поляризации излучения, падающего на контролируемую поверхность, и не измеряют интенсивность этого излучения, что снижает точность контроля параметров микродефекта.

Целью изобретения является повышение точности контроля, что позволит получать достоверные сведения о среднеквадратичной высоте микродефекта, равной среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в области микродефекта, и его площади.

С этой целью для облучения контролируемой поверхности используют циркуляр- но поляризованное монохроматическое электромагнитное излучение из измеряют интенсивность 0 излучения, падающего на эту поверхность. Необходимость измерения величины 10 обусловлена тем, что она входит в расчетные формулы, а использование циркулярно поляризованного излучения исключает из этих формул азимутальные углы, что приводит к повышению точности контроля.

Устройство (см. чертеж), реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 линейно поляризованного монохроматического электромагнитного излучения (лазер), последовательно расположенные прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластинку 2, установленную под углом 45° к направлению излучения, диафрагму 3, четвертьволновую фазовую пластинку 4, установленную так, что ее оптическая ось составляет с плоскостью поляризации излучения угол, равный 45°, фокусирующий объектив 5, сферическую фотоматрицу 6, фотодачики 7 и 8 с диафрагмами 9 и 10 и ослабителями интенсивности 11 и 12. На чертеже также показаны контролируемая поверхность 13, полярные углы между нормалью к поверхности 13 и направлениями отражения к краю объектива 5 и к центрам первого и i-ro фотодатчиков матрицы 6 соответственно во, в, ф, приращение Д# полярного угла, соответствующее двум соседним фотодатчикам матрицы 6, расположенным в одной плоскости наблюдения, диаметры диафрагм 3, 9,10 и входного окна фотодатчика

матрицы б соответственно d и D, радиус кривизны фотоматрицы оа, электрический вектор излучение Е.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Направляют пучок излучения от источника 1 через пластинку 2, диафрагму 3, фазовую пластинку 4 и объектив 5 на контролируемую поверхность по нормали к

0 ней. Излучение, отраженное контролируемой поверхностью в различных направлениях, отличных от зеркального, попадает на фотоматрицу 6. Часть излучения от источника 1 после отражения от пластинки 2 попа5 дает на фотодатчик 7, а часть излучения, зеркально отраженного контролируемой поверхностью, после отражения от противоположной стороны пластинки 2 попадает на фотодатчик 8 соответственно через диаф0 рагмы 9 и 10 и ослабители интенсивности 11 и 12. С помощью фотодатчиков матрицы 6 измеряют интенсивности A|jj, а с помощью фотодатчиков 7 и 8 измеряют интенсивности 10 и 3 излучения. Проводят эти измере5 ния последовательно на разных участках контролируемой поверхности. Для каждого облученного участка находят отношения Alij/lo АО, где i, j - целочисленные значения; AQ- малый телесный угол, определен0 ный входным окном фотодатчика матрицы 6, и рассчитывают среднеквадратичное отклонение (Г высот микронеровностей путем численного интегрирования с помощью известных соотношений

5 o2 2 jAK/S(AK)2d(AK), (1)

1 d I 1/2 Tl-,4 .... ,2 i с / A r/ i2

иҐй 4 (r) WijnSCAK)2, где А К (2 л/Я) sin в- вектор шероховатости, S (ДК) - спектральная функция шероховатости, Wij - функция излучения элементарных поверхностей диполей, п 3,14. При использовании циркулярно поляри- с зованного излучения выражение для |Wij| не содержит азимутального угла и имеет вид |Wij |2 8 (1 + cos2 #,) для металла и | Wijp (е-1)2(1 + cos2 $)/2 для диэлектрика, гдее- диэлектрическая проницаемость. После Q этого определяют участок с наименьшим значением величины о2, который принимают за бездефектный. Площадь AS микродефекта рассчитывают по формуле

A Q -.12L2. Q

5А ,loR3 Sl

где U - интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, R3 - коэффициент зеркального отражения контролируемой поверхности S - величина облучаемой площади.

Для определения среднеквадратичной высоты микродефекта модифицируют соотношение J2) путем замены в нем 0 на отношение (1Э - з)/Вз, имеющее смысл интенсивности излучения, падающего на микродефект, и I на разность I - kl , где к 1 - AS/S, имеющую смысл интенсивности излучения, рассеянного микродефектом. Затем для каждого дефектного участка находят отношения

R3(Ahj-kAlij)/(i3-I3)/AQ, где Alij - интенсивность отражения от бездефектного участка в том же направлении, что и A lij , и по этим отношениям с помощью (1) и модифицированного соотношения (2) численным интегрированием рассчитывают величину 7деф2

Формула изобретения Способ контроля микродефектов поверхности, заключающийся в том, что последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности по нормали к ней пучок монохроматического электромагнитного излучения, измеряют на каждом участке интенсивности U и Alij излучения, отраженного от контролируемой поверхности соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных

0

от зеркального, внутрь одинаковых телесных углов АО, и рассчитывают параметры микродефектов поверхности, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, используют циркулярно поляризованное излучение, измеряют интенсивность 10 излучения, падающего на контролируемую поверхность, находят для каждого облученного участка контролируемой поверхности отношения Ahj/loAQ, и по ним рассчитывают среднеквадратичное отклонение высот микоонеоовностей. определяют участок с наименьшим значением величины (f2, который принимают

5 бездефектный, находят отношение (з - laVloRs, где U - интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, R3 - коэффициент зеркального отражения поверхности, и по этому отношению рассчитывают площадь AS микродефекта, затем находят отношения R3(Alij-k Ahj)/()AQ, гдеД,- интенсивность отражения от бездефектного участка поверхности k 1 - AS/S, - i и J - целочисленные значения, S - величина облученной площади, и по ним рассчитывают среднеквадратичную высоту микродефекта, равную среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в

0 области микродефекта,

0

5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неконтактного и неразрушающего контроля микродефектов на сверхгладких поверхностях изделий. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет непосредст- венного измерения величины lo и использования циркулярно поляризованного излучения. Последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности узкий пучок циркулярно поляризованного монохроматического электромагнитного излучения и на каждом участке одновременно измеряют интенсивности излучения падающего на поверхность и отраженного ею в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, По результатам этих измерений судят о площади среднеквадратичной высоте микронеровностей, а также об их форме. При этом не требуется каких-либо априорных предположений о характере спектра шероховатости контролируемой поверхности, ипосоо позволяет также обнаруживать инородные микровключения в поверхности и отличать их от микронеровностей. 1 ил СП С