Способ определения шероховатости поверхности детали Советский патент 1993 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к области приборостроения, точнее к оптическим способам контроля изделий и может быть использовано для аттестации качества поверхностей деталей из прозрачных материалов.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение точности определения шероховатости поверхности детали из прозрачного материала по нарушению полного внутреннего отражения.

Поставленная цель достигается тем, что при облучении аттестуемой поверхности со стороны среды с большим показателем преломления под углом падения, не меньшим критического для данного материала дета ли, излучение на эту поверхность направляют через линзу с цилиндрической образующей.

Сущность способа состоит в следующем. При падении электромагнитного излучения на границу раздела двух сред часть потока отражается от этой границы обратно в первую среду, другая часть преломляется и распространяется во второй среде за границей раздела. Количество прошедшего и отраженного света зависит от угла падения преломления светового потока на границу

о

hO О N

О Ov

раздела и от значений показателей преломления двух сред. Если световой поток падает на границу раздела с оптически менее плотной средой со стороны среды с большим показателем преломления под углом, большим или равным некоторому предельному значению (для отношения показателей преломления 1/1,5 предельное значение угла, вычисляемое по формулам Френеля, составляет 42°), то преломленная световая волна в среде с меньшим показателем преломления отсутствует. Наблюдается полнее внутреннее отражение. Если граница раздела представляет собой не идеальную плоскость, а шероховатую поверхность, то полное внутреннее.отражение нарушается, т.к. в разных точках поверхности угол падения становится меньше критического, и в оптически менее плотной среде наблюдается диффузное рассеяние, полностью опре- деляемое шероховатостью.

Полуширина максимума индикатрисы рассеяния зависит от угла падения излучения на границу раздела двух сред и значений показателей преломления этих сред. Чем меньше телесный угол, в пределах которого происходит рассеяние, тем большая часть рассеянного излучения попадает в приемное устройство, и тем точнее соответствует реальному значению среднеквадра- тичной шероховатости, вычисляемое по формуле прототипа-аналога. Для направле ния на границу раздела излучения под углом, обеспечивающим наименьшую полуширину максимума рассеяния, в пред- лагаемом способе используется линза с цилиндрической образующей, позволяющая менять угол падения излучения на границу в пределах 0-90°,

На фиг. 1 представлено взаимное распо- ложёние контролируемой поверхности и ци- . линдрической линзы; на фиг.2 - схема реализации метода.

Устройство включает в себя: 1 - источник когерентного монохроматического из- лучения; 2 - модулятор (прерыватель светового потока), 3 - светоделитель, 4 - фотоприемник, 5 - цилиндрическую линзу, 6 - образец, 7 - предметный столик, 8 - фотоприемник, 9 - предусилитель. 10 - се- лективный измеритель отношения электрических сигналов, 11 - стеклянную пластину-отражатель.

Светоделитель 3 разделяет модулированный световой поток на две части. Поло- вина его, проходя через цилиндрическую линзу 5 и образец 6 или отражатель от пластины 11, направляется на фотоприемник 8. Другая половина падает на фотоприемник 4 и служит для коррекции помех в измерительном устройстве. Предусилитель 9 использован для согласования выходного сопротивления фотоприемника 3 и входного сопротивления измерителя отношений 10. Выходной сигнал измерителя, отношений пропорционален измеряемой интенсивности.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Предметный столик 7 помещают в положение 1.

Когерентное излучение от источника 1 модулируется прерывателем 2 и падает на светоделитель 3. 50% светового потока отражается от светоделителя и падает на фотоприёмник 4. Вторая половина проходит через светоделитель, цилиндрическую линзу 5 и установленную на плоской поверхности линзы на слое иммерсии контролируемый образец 6, отражается от исследуемой поверхности образца и выходит обратно в цилиндрическую линзу 5.

Рассеянное исследуемой поверхностью образца б излучение попадает на фотоприемник 8. Сигнал с фотоприемника попадает через предусилитель 9 на первый вход измерителя отношений сигналов 10.

На второй вход измерителя отношений поступает сигнал от фотоприемника 4. Измеритель отношений преобразует поступившие сигналы от фотоприемников 8 и 4 в их отношение. Выходной сигнал t на цифровом табло измерителя 10 пропорционален интенсивности излучения, рассеянного контролируемой поверхностью вследствие нарушения полного внутреннего отражения.

2. Предметный столик 7 помещают в положение II.

Когерентное излучение от источника 1 модулируется прерывателем 2 и падает на светоделитель 3, который 50% светового потока направляет на фотоприемник 4, а вторую половину - на п ластину 11. Отразившееся от поверхности пластины из лучение попадает на приемник 8.

На первый вход измерителя отношений сигналов 10 подается прошедший предусилитель 9 сигнал от фотоприемника 8, на второй вход - сигнал от фотоприемника 4.

Выходной сигнал lo измерителя отношений 10, получаемый как отношение сигнала от фотоприемника 8 к сигналу от фотоприемника 4, пропорционален интенсивности излучения, падающего на контролируемую поверхность.

3. Вычисляют значение среднеквадратичной шероховатости по формуле

о

Л у t 47rcdsv I0

где А 632,8 нм - длина волны когерентного источника; v - угол падения излучения на контролируемую поверхность; 1г и 10-регистрируемые сигналы.

Формул а изобретения Способ определения шероховатости поверхности детали, заключающийся в том, что облучают исследуемую поверхность когерентным излучением со стороны среды с большим показателем преломления под углом падения, не меньшим критического для материала детали, регистрируют интенсивность 1о -этого излучения, регистрируют интенсивность Ir излучения, рассеянного

этой поверхностью в результате нарушения полного внутреннего отражения, и вычисляют величину а шероховатости поверхности детали из соотношения

а

Л уПТ- 4 л cos V 10

где Л- длина волны когерентного йзлу- чения;

v -угол падения излучения на исследуемую поверхность, отличающийся тем, что, с-целью повышения точности определения шероховатости поверхности детали из прозрачного материала, облучение исследуемой поверхности производят через л инзу с цилиндрической образующей, показатель преломления которой не превышает показателя преломления детали.

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для аттестации качества поверхностей деталей из прозрачных материалов. Цель изобретения - повышение точности определения шероховатости поверхности детали из прозрачного материала. В способе определяют шероховатость по измерению рассеяния, вызванного нарушением полного внутреннего отражения, с последующим вычислением среднеквадратичной величины а шероховатости по формуле: а А ( fy : о )2 : 4 л cos), где А - длина волны когерентного источника; v - угол падения излучения на контро- лируемую поверхность; ft величина сигнала регистрирующего прибора, пропорциональная интенсивности излучения, рассеянного поверхностью; р - величина сигнала регистрирующего прибора, пропорциональная интенсивности падающего излучения. Освещают контролируемую поверхность под углом, не меньшим критического для данного материала, через линзу с цилиндрической образующей. 2 ил. И

Т

Измеряемое j- рассеянное Хонтролируемсгя излучение/эоЗерхнос/яь

Фиг.1

5

/

/Хонтролируемя яовермесш

ч

X

Quit