Однообъективный растровый микроскоп для измерения шероховатости поверхности

 

ОДНООБЪЕКТИВНЫЙ РАСТРОВЫЙ МИКРОСКОП ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ, содержащий осветительг ный тубус, включающий зеркало и объек тив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета, отличающи.йся тем, что, с целью повышения точности измеV/ ff //iWf // /K рения, он снабжен дополнительной оправой , контактирующей с зеркалом, зеркало выполнено с возмсикностью перемеще-; ния вдоль оптической оси объектива, а . расстояние от наружного торца дополнительной оправы до опорного торца. объектива выбрано из соотношения x-k/c, где k С коэффициент пропорциональности расчетное, оптимальное для данного диапазона высот неровностей значение цены муаровой полосы. ,t л Ы-4-4.„

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

WUNINOTI

РЕСПУБЛИН ае аи

З 1 С О1 В 11/30

Г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1".

Н *BTOpCtlGM Y C EY Х К/с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЗФ (21) 3572444/25-28 (22) 31.03.83 (46) 30.05.84,Бюл. У 20 (72) А.А.Кучин и А.П.Малышев (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

И 213378, кл. С 01 В 11/30, 1966 (прототип). (54)(57) ОДНООБЪЕКТИВНЫИ РАСТРОВЫЙ

МИКРОСКОП ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ

ПОВЕРХНОСТИ, содержащий осветитель-. ный тубус, включающий зеркало и объектив в оправе, н наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета, о т л и ч а ю щ и,й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен дополнительной опра- вой, контактирующей с зеркалом, зеркало выполнено с возможностью перемеще".. ния вдоль оптической оси объектива, а, расстояние от наружного торца дополнительной оправы до опорного торца. объектива выбрано из соотношения где k - коэффициент пропорциональности

С вЂ” расчетное, оптимальное для данного диапазона высот неровностей значение цены муаровой полосы. 3

1095036

Х -k(c, Изобретение относится к измерительной технике и предназначено, в частности, для измерения высотных параметров шероховатости поверхности.

Наиболее близким к изобретению по 3 технической сущности является однообьективный растровый микроскоп для измерения шероховатости поверхности, содержащий осветительный тубус, включающий зеркало и объектив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета j1) .

В известном однообъективном растровом микроскопе для измерения шероховатости поверхностИ в диапазоне

0,8-40 мкм применяются три различных объектива, обеспечивающие соответственно измерения в трех диапазонах мкм; 0,8 — 1,6; 1,6 — 10; 10 - 40.

Эти объективы имеют разные значения фокальных отрезков и апертур, и следовательно,разные диаметры выходных зрачков. Для достижения наименьшего значения цены муаровой полосы оптическая ось осветительного тубуса долж-25 на пересекать плоскость выходного зрачка объектива на наибольшем расстоянии от оптической оси объектива.

Поэтому неизменность положения точки пересечения оптической оси освети- 3п тельного тубуса с плоскостью выходного зрачка не позволяет получить оптимального значения цены муаровой полосы для двух из трех объективов. Это приводит к увеличению погрешностей измерения параметров шероховатости в соответствующих диапазонах высот неровностей, что снижает точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что однообьективный растровый микроскоп для измерения шероховатости .4 поверхности, содержащий осветительный тубус, включающий зеркало и объектив в оправе, и наблюдательный тубус, включающий растр сравнения и систему отсчета, снабжен дополнительной оправой, контактирующей с зеркалом, зеркало выполнено с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива, а расстояние от наружного . I торца дополнительной оправы до опорного торца объектива выбрано из соотношения где К вЂ” коэффициент пропорциональности;

С вЂ” расчетное, оптимальное для данного диапазона высот неровностей значение цены муаровой полосы.

На фиг.1 дана принципиальная оптическая схема однообъективного раст рового микроскопа для измерения шероховатости поверхности, на фиг.2 схема освещения плоскости зрачка объектива; на фиг.3 — пример конструктивного решения механизма перемещения зеркала.

Микроскоп содержит (фиг.1) осветительный тубус, образованный источником 1 света, конденсором 2, исходным растром 3, линзой 4, зеркалом 5, диафрагмой 6 и объективом 7 (его пра- вой частью) и наблюдательный тубус, включающий линзу 8, растр 9 сравнения и систему отсчета (не показана).

Объектив 7 имеет оправу 10 с опорным торцом 11, а также дополнительную оправу 12 с наружным торцом 13.

На фиг.2 следующие обозначения:

11, 111 — положения зеркала 5;

a,S- о — точки пересечения оптической оси осветительного тубуса с плоскостью выходного зрачка объектива 7.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 света с помощью конденсора 2 попадает на исходный растр 3, штрихи которого находятся в фокальной плоскости линзы 4, и,отразившись от зеркала 5, попадает на децентрированную диафрагму 6, расположенную вблизи зрачка объектива 7. С помощью одной из половин объектива 7 штрихи исходного растра 3 проектируются на исследуемую поверхность 14.

Исследуемая поверхность 14 вместе со спроектированными на нее штрихами исходного растра 3 второй половиной объектива 7 и линзой 8 изображаются в плоскости растра 9 сравнения. При этом свет проходит через второе отверстие в диафрагме 6. Образовавшаяся в плоскости растра 9 сравнения картина муаровых полос рассматривается с помощью системы отсчета.

Известно, что цена С муаровой полосы связана с шагом р растра и углом проекции соотношением

1095! I е„ „

2с„

I Х е„,1„, 2сц, ;8 1оо

ЬН

Э т.е. 100Х.

Э

1 где Š— шаг исходного растра в плоскости исследуемой поверхности, oL =Qpcte х/f

М вЂ” расстояние между оптической

5 осью объектива и точкой пересечения оси осветительной системы с плоскосI тью зрачка объектива, — фокусное расстояние объек" 1б тива.

Для получения наименьшего оптимального значения цены муаровой полосы, а следовательно, и наибольшей видимой величины искривления муаровой полосы, которое вызывается неровност4-. ми поверхности, необходимо, чтобы ось осветительного тубуса пересекала плоскость зрачка объектива 7 на наибольшем расстоянии Х.

Зеркало 5 осветительного тубуса ус танавливается на направляющих с возможностью перемещения вдоль оптической оси объектива 7. Для перемещения зеркала 5 на расчетное расстояние па-25 раллельно самому себе в направлении вдоль оптической оси объектива 7 последний снабжен дополнительной оправой 12, завинченной во внутреннюю резьбу объектива 7. Наружный торец 13

30 этой оправы параллелен опорному торцу t1 оправы 10 объектива 7 и при установке объектива 7 в микроскоп. входит в контакт с зеркалом 5, перемещая его на расчетное расстояние Х, удовлетворяющее соотношению 35

Х= К/С, где К - коэффициент пропорциональ-. ности;

С вЂ” расчетное, оптимальное для данного диапазона высот не- 40 ровностей значение цены муаровой полосы.

В процессе измерения с данным объективом 7 значение Х остается неизмен-. ным . 45

При установке в микроскоп объек тива 7 таким образом, чтобы его опорный торец 11 совпадал с опорным торцом микроскопа, наружный торец 13 до-5О полнительной оправы 12 объектива 7. перемещает зеркало 5 по направляющим вдоль оптической оси объектива,7 в. положение (фиг.2) так, чтобы оптическая ось осветительного тубуса пе- 55 ресекла плоскость зрачка объектива 7 на расстояние Х от его оптической оси, при этом Х,выбирается расчет036 4 ным путем и должно удовлетворять условию

Х С, ДС, 1 где 6 - значение шага исходного растра 3 в плоскости предмета (для данного объектива 7 и выбранной пары растров3 и 9 Е, = cons 1); — фокусное расстояние объектива 7 (фокус. в точке Q ), Су — наименьшее расчетное значение цены муаровой полосы, необходимое для получения измерений с наивысшей точностью в данном диапазоне высот неровностей.

При установке другого объектива из комплекта микроскопа наружные торцы их дополнительных оправ переместят зеркало 5 в положения 11 и 111 которым соответствуют расчетные значения отрезков Х11 и Х 1, обеспечивающих достижение наименьшего значения цены муаровой полосы. Значения длин отрезков Х и Х определяются из соотношений

Таким образом, использование описываемого микроскопа обеспечивает по-вышение точности Измерения, которое достигается за счет того, что для всех диапазонов измеряемых высот неровностей искривления муаровых полос, вызванные этими неровностями, имеют наибольшие значения, в результате чего повышается точность совмещения штриха системы отсчета с серединой муаровой полосы. Увеличение видимой величины искривления муаровой полосы улучшает условие наведения отсчетного штриха на середину муаровой полосы, что особенно важно при малых значениях искривлений полос.

Если принять, что погрешность нанедения на середину муаровой полосы равна g 0,1 С расстояния между полосами, то при измерении неровностей, вызывающих искривление полос в ЬН = 0,1С полосы, относительная погрешность измерений может достигать фиг, 2

Составитель Л.Лобзова

Техред А.Бабинец Корректор Н.Зннзнкова

Редактор С.Пекарь

Заказ 3580/23 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

S 1095036 е

Принимая неизменным значение по- грешность измерения высотных параметгрешности наведения S 0,1 С, оче- ров шероховатости снизится тоже в видно, что при изменении цены муаровой 1,5 раза, что повысит точность измереполосы в 1,5 раза относительная по- ния.