Бесконтактный фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности непрозрачных образцов Советский патент 1979 года по МПК G01B11/30 

Этот способ является относительным, т. е. требует наличия эталона. Однако создание эталонной сверхгладкой поверхности, -измерение ее и хранение представляют достаточно сложную задачу. Кроме того, применение в качестве эталона алюминия, напыленного на полированный кварц, вызывает дополнительные ошибки при измерении образцов других материалов (например, меди, для измерения которой в основном предназначен рефлексометр). Несмотря на то что 0S эталона известно, профиль эталонной поверхности может существенно отличаться от профиля поверхности образца (меди), что отразится на индикатрисе рассеяния. Все эти недостатки, в конечном итоге, снижают точность и усложняют процесс измерения.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса измерения последовательно измеряют сигналы от полного и диффузного отражения от поверхности изделия потоков и среднеквадратическую высоту шероховатости определяют по формуле

h - - ск - - г i

ПОЛИ

где А длина волны облучающего пучка света;

/дифф. /долы - соответственно сигналы от диффузного и полного отраженных потоков;

,1416 - известная постоянная.

На чертеже изображена принципиальная схема установки для реализации и предлагаемого способа.

Установка содержит источник света 1 (лазер), зеркало 2, экран 3, ловушку света 4, фотометрический шар 5 с отверстиями 6-9 и фотоприемник 10.

Осуществляется предлагаемый способ следующим образом. Световой пучок, имеющий малое угловое расхождение, от источника 1 с помощью зеркала 2 направляется через отверстия 8 и 9 шара на измеряемую поверхность образца И под углом 5-10° к нормали поверхности. Отраженный измеряемой поверхностью световой поток Фполя попадает в фотометрический шар 5, где интегрируется и создает на приемной поверхности фотоприемника 6 через отверстие 9 освещенность, пропорциональную величине Фполы. Когда зеркальная составляющая отраженного светового потока Фзерк выпускается через отверстие 6 шара, т. е. экран 3 не перекрывает это отверстие, то на приемной поверхности фотоприемника создается освещенность пропорциональная величине диффузно отраженного от измеряемой поверхностью светового потока

ФдиффЕсли обозначить через Фо величину падающего на образец светового потока, то

Фполн Фзерк + Фдифф Фогде R - коэффициент отражения образца. Учитывая, что

hi

Фзерк - Фоб

cos;.

можно выражение для отраженного диффузно светового потока Фдифф представить в виде

Фдифф Фполн Фзерк

1 фЛ1-е

cos I

где /ZCK - среднеквадратичная высота шероховатости;

Я - длина волны облучающего пучка света;

i - угол падения пучка света на образец.

Последнее соотношение справедливо при К

1, т. е. когда коэффициент зеркального отражения практически можно считать равным R. Разлагают экспоненциальный член этого выражения в ряд по степеням аргумента и ограничиваются первыми двумя членами, получая соотношение

hi

cos i

тсЛ

(IJ

COS г,

POIH

откуда вытекает формула для определения высоты

Vl

Г Фдифф S

полн

когда , т. е. .

Поскольку pei-истрируемые си -налы /дпфф и /поли, поступающие с фотоприемника, пропорциональны создаваемым на приемной поверхности освещенностям от поступающих в фотометрический шар световых потоков Фдифф и Флолн соответственно, то

h - Л/ диФФ

ск - у f

™ полн

Формула изобретения

Бесконтактный фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности непрозрачных образцов, заключающийся в том, что облучают измеряемую поверхность образца монохроматическим пучком света под углом относительно нормали к ней, не превышающим 10°, и измеряют характеристики отраженного от этой поверхности излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, последовательно измеряют сигналы от полного и диффузного отраженных от поверхности образца потоков и среднеквадратическую высоту шероховатости определяют по формуле

дифф

У Т

Лс

где л - длина волны облучающего пучка света;

/дифф, /ПОЛИ - соответственно сигналы от диффузного и полного отраженных потоков;

л 3,1416 - известная постоянная.