Бесконтактный фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности прозрачных образцов Советский патент 1981 года по МПК G01B11/30 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ Изобретение относится к контрольн измерительной технике и может быть и пользовано, в частности, для контрол качества поверхности, определения высоты шероховатости, выбора pai oнальных технологических процессов при создании полированных поверхностей в различных отраслях промьшшеннбсти. Известен способ измерения высоты шероховатости поверхности прозрачных образцов., заключающийся в том, что исследуемую поверхность предварительно покрывают тонким высокоотражакяцим слоем алюминия или серебра, воспроизводящим ее микрорельеф, и затем используют метод полос хроматического порядка l. Недостатком известного способа является то, что при измерении.всегда остается неясной степень воспроизводимости микрорельефа указанным слоем, поскольку толщина этого слоя может быть на порядок больше Высоты шероховатости поверхности. ПРОЗРАЧНЫХ ОБРАЗЦОВ Наиболее близким техническим решением к изобретению является бесконтактньй фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности прозрачных и непрозрачных образцов, заключающийся в том, что направляют на поверхность образца монохроматический поток излучения под углом относительно нормали к ней, не превышающим 10 и определяют сигналы от диффузного и nojmoro потоков, отраженных от поверхности образца. О высоте шероховатости судят по формулеr-l-il где X - длина волны монохроматического потока излучения; ЗГ 3,1416 - известная постоянная ; lvtt -nOAH «сигналы от диффузного и полного потоков, отраженных от измеряемой поверхности;

Леж среднеквадратическая высота

шероховатости.

При измерении прозрачных образцов с помощью этого, способа измеряемую поверхность предварительно покрывают тонким слоем (но не прозрачным) алю миния или серебра, воспроизводящим ее микрорельеф

Однако для известного способа характерны недостаточная точность .314ерения и сложность процесса измерения, поскольку операция нанесения указанного слоя на измеряемую поверхность весьма трудоемкая. Кроме того, операция снижает точность измере ТСреднеквадратическая высота шероховатости измеряемой поверхности образца;длина воЛны монохроматического потока излучения известная постоянная; показатель преломления материала образца на это Длиие волны; коэффициенты зеркального отражения измеряемой и противоположной измеряемой поверхностей образца определяемые, например, формулами Френеля, в пер воначальном положении об разца; J - коэффициент пропускания измеряемой поверхности и толщи образца в первоначальном его положении; Т.цфф, l сигналы от диффузного и полного потоков, отражен ных от поверхностей в пе воначальном его положени коэффициенты зеркального отражения измеряемой и противоположной измеряемо поверхностей образца, оп ределяемые, например, формулами Френеля, при перевернутом положении образца; Тл - коэффициент пропускания противоположной измеряемой поверхности и толщи

НИИ за счет искажений, вносимых слоем пд)и воспроизведении микрорельефа, и в ряде случаев делает непригодными образцы для эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем что после определения сигналов переворачивают образец так, чтобы поток излучения падал на противоположйую измеряемойповерхность образца, определяют при этом сигналы от диффузного и полного потоков, отраженных от поверхностей образца, а о высоте шероховатости судят по формуле образца при перевернутом его положении; сигналы от диффузного и полного потоков, отраженных от поверхностей при перевернутом положении образца. На чертеже изображена принципиальная схема установки для реализации предлагаемого способа. Установка содержит источники 1 излучения (лазер) , экран 2, ловушки 3 и 4 излучения, фотометрический шар 5, в котором выполнены отверстия 6-9, фотоприемник 10 и образец 1 с измеряемой поверхностью 12 и поверхностью 13, ограничивающей его и противоположной измеряемой. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Монохроматический пучок излучения от источника 1 излучения падает через отверстия 8 и 9 фотометрического тара 5 на измеряемую поверхность 12 образца II под углом 5-10 к ее нормали. Прошедшее через 11 излучение улавливается ловушкой 4, а отраженный образцом 11 поток идда попадает в фотометрический шар 5 где интегрируется и создает на приемной поверхности фотоприемника 10 через отверстие 6 освещенность , пропорциональную величине полм, Когда зеркальная составляющая отраженного потока ер вьшускается через отверстие 7 шара и улавливается ловушкой 3, т.е. экран 2 не перекрывает это отверстие, на приЪмI ной поверхности создается освещенность, пропорциональная величине диф фуэно отраженного образцом 11 потока . Покрытие экрана 2 должно быть одинаковым с покрытием внутренней поверхности стенок шара. Далее переворачивают образец 11 и устанавливают его так, что пучок излучения сначала падает на другую поверхности 13 и затем после прохождения толщи образца 11 облучает измеряемзпо поверхность 12. Повторяя проведенную 8729 5 10 6 последовательность операций, находят величины полного и диффузного отраженных образцом- 11 потоков излучения полиа. и Регистрирующие сигналыЭ „фф| полХ ЛИФФ поЛНа постзгаающие с фотоприемника 10, пропорциональны создаваемым на его поверхносТ; освещенностям от поступающих в фотометрический шар 5 потоков излучения Фдифф ,Ф полн Фполц 5. систему двух уравнений, получают формулу для определения высоты шероховатости

«с

1

полного потоков, отраженных от поверхностей в первоначальном его положении; rj- коэффициенты зеркального

отражения измеряемой и противоположной измеряемой поверхностей образца, определяемые, например, формулами Френеля, при перевернутом положении образца} Tj - коэффициент пропускания протироположной измеряемой Формул изобретения Бесконтактный фотометрический, способ измерения высоты шероховатости по верхности прозрачных образцов, заключающийся в том, что направляют на поверхность образца монохроматический поток излучения под углом относит ельно нормали к ней, не превьш1ающим l.O и определяет -сигналы от диффузного и полного потоков, отраженных от поR - среднеквадратическая высота шероховатости измеряемой поверхности образ ца; , ., % - длина волны монохроматйческого потока излучения;

поверхности и толщи образца при перевернутом его по положении;

ЗАИ | ф 1 полип сигналы от диффузного и 1 полного потоков, отраженных от поверхностей при перевернутом положении образца.

В случае г r,j. г, 5 г и Т

30

Т(з Т формула существенно упрощаетсяi4T

,1416 - известная постоянная; п - показатель преломления

материала образца на этой длине волны;

Г , г - коэффициенты зеркального отражения и; еряемой и О. ЗДиФс полца. Эполи-1 верхностей образца, о т л Л чающийся тем, что, с цепью повышения точности и упрощения процесса из- мерения, после определения сигналов переворачивают образец так, чтобы поток излучения падал на противоположную измеряемой поверхность образца, определяют при этом сигналы от диффузного и полного потоков, отраженных от поверхностей образца, а о высоте шероховатости судят по формуле 787295 прЪтивоположной измеряемой поверхностей образца, , определяемые, например, формулами Френеля, в первоначальном положении. 5 образца ; коэффициент пропускания намеряемой поверхности и толщи образца в перво начальном его положении; 10 Диффузного и полного потоков, отраженных от поверхностей в первоначальном его положении;ISrj, rlj -коэффициенты зеркального отражения измеряемой и противоположной.измеряемой поверхностей образца, определяемые, например, 20 ( формулами Френеля при перевернутом положении образца; Тп - коэффициент пропускания противополбжной измеряемой поверхности и толщи образца при перевернутом его положении; ИФФП ПОАЧ диффузного и - полного потоков, отраженных от поверхностей при перевернутом положении образца. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе l. Koehier W,F. Multiple-Beam Fringes of Equal Chromatic Order, Journ. of the Optical Soc. of Amer., 1953, o1. 43, 9, p. 738-749. 2. Авторское свидетельство СССР 654853 кл. G О В 11/30, 1979 (прототип).