Способ измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности и устройство для его осуществления

 

Изобретение позволяет проводить измерение высоты микронеровностей, i шероховатой поверхности. Целью изобретения является повьппение точности измерения за счет определения контролируемого параметра по изменению азимута линейной поляризации между эталонной и контролируемой поверхностями . Монохроматически линейно поляризованный пучок излучения от источника 1 преобразуют в эллиптически поляризованный с помощью пластинки 71/4, который пространственно делят светоделителем 3 на два пучка; опорный и информационный. Линейно поля (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5D 4 С 01 В 11 30 1)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 388 1509/24-28 (22) 10 ° 04.85 (46) 07.04.87. Бюп. К- 13 (71) Черновицкий государственный университет (72) О.В.Ангельский и П.П.Максимяк (53) 531. 717 (088. 8) (56) Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности, M. Машиностроение, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ МИКРОНЕРОВНОСТЕЙ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ И

УСТРОЙСТВО ДПЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение позволяет проводить измерение высоты микронеровностей, шероховатой поверхности. Целью изоб" ретения является повышение точности измерения эа счет определения контролируемого параметра по изменению азимута линейной поляризации между эталонной и контролируемой поверхностями. Монохроматически линейно поляризованный пучок излучения от источника 1 преобразуют в эллиптически поляризованный с помощью пластинки

3/4, который пространственно делят светоделителем 3 на два пучка: опорный и информационный. Линейно ноля1302 ризуют пучки поляризаторами 4 и 5 во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Информационный пучок вновь делят пополам вторым светоделителем 6, разделенные пучки направляют на контролируемую поверхность 17, один нормально, а другой наклонно к ней. Световозвращают оба информационных пучка по тому же направлению. Выделяют зеркальную составляющую информационных и опорного пучков с помощью диафрагмы 12 Зйри, расположенной в фокальной плоскости сопряженных объективов 10 и 11. Второй четвертьволновой пластинкой 13, ориентированной диагонально по отношению к направлениям колебаний опорного и информационного лучей, преобразуют их в два циркулярно поляризованных луча по двум взаимно противоположным направлениям. Выравнивание амплитуд линей141 но поляризованных опор ного и информационного пучков осуществляют поворотом первой четвертьволновой пластинки вокруг оптической оси устройства.

Осуществляют последовательное сложение циркулярно поляризованного опорного пучка с каждым из двух информационных пучков, определяя азимут линейной поляризации взаимодействующих пучков анализатором 15 для эталонной и контролируемой поверхностей, и о величине микронеровностей шероховатой поверхности судят по следующей зависимости: Ь, = 9/4 (о — с, ), где

"A — рабочая длина волны источника измерения, М, — азимут линейной поляризации опорного и информационного пучков при нормальном его падении на эталонную поверхность; М вЂ” то же при падении на контролируемую поверхность. 2 с.п. ф — лы, 2 ил, 1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности в маШино- и приборостроении.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет определения и зме не ния азимут а линейной п оляр из ации при нормальном и наклонном падении пучка излучения на нее. 10

На фиг. l представлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 схема, поясняющая возникновение разности хода при нормальном и наклонном падении информационного пучка на 15 контролируемую поверхность.

Устройство содержит источник 1 монохроматического линейно поляризованного излучения, первую четвертьволновую пластинку 2, светоделитель 3 Z0 двухлучевого интерферометра, два поляризатора 4, 5, один из которых расположен в опорной, а другой — в информационной ветви интерферометра, второй светоделитель 6, расположенный в информационной ветви, образцовое зеркало 7 опорной ветви, два зеркала 8 и 9 в информационной ветви, пространственный фильтр, включающий

2 два объектива 10 и 11, фокусы которых совпадают и в фокальной плоскости которых расположена диафрагма 12

Эйри, вторую четвертьволновую пластинку 13, модулятор 14 Фарадея, анализатор 15 и фотоэлектрический блок 16.

На чертеже также показана контролируемая поверхность 17.

На фиг. 2 показана условная плоскость, совпадающая со средним уровнем вершин микронеровностей поверхности

18, и условная плоскость 19, совпадающая по локализации со среднеарифметическим профилем шерОховатой поверхности. Позициями 20-23 обозначены лучи наклонного пучка, а позициями 24-27 — лучи нормально падающего луча.

Плоскости пропускания поляризаторов расположены в ортогональных плоскостях

Устройство„ реализующее способ, работает следующим образом.

Монохроматический линейно поляризованный пучок от источника 1, например лазера, посыпают на четвертьволновую пластинку 2, преобразуют его в эллиптически поляризованный, светоделитель 3 делит пучок на два — опорный

3 13021 и информационный. Каждый из разделенных пучков пропускают через один из двух поляризаторов 4 и 5, которые линейно поляриэуют разделенные пучки излучения во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Опорный пучок, пройдя поляризатор

4, отражается от образцовой поверхности зеркала 7 и возвращается на светоделитель 3. Информационный пу- 10 чок, прошедший поляризатор 5, делят пополам с помощью светоделителя 6, один из разделенных пучков направляют посредством зеркала 9 нормально на контролируемую .поверхность, а дру- 15 гой — наклонно на нее. Пучок, наклонно падающий на контролируемую поверхность, с помощью зеркала 8 световозвращают по тому же пути ° Оба разделенных информацйонных пучков в обратном ходе от контролируемой поверхности проходят второй светоделитель 6, линейный поляризатор 5 и светоделитель 3. Направляют информационные и опорные пучки на светоде- 25 литель 3.

Два объектива 10 и 11 выделяют зеркальную составляющую. В результате фильтрации смешиваются однородные опорная и информационная составляю- 30 щие. Четвертьволновая пластинка 13 преобразует взаимно ортогональные линейные поляризации составляющих информационных и опорного каналов во взаимно ортогональные циркуляционные поляризации. Суперпозиция взаимно ортогонально поляризованных волн опорной и любой из информационных составляющих дает линейную поляризацию с определенным азимутом при условии, что интенсивности суперпонирующих составляющих равны. Выравнивание интенсивностей достигается путем вращения четвертьволновой пластинки

2. Интенсивность света, прошедшего через систему четвертьволновая пластинка 2 — поляризатор 4, определяется взаимной ориентацией главной оси пластинки 2 и плоскостью пропускания поляризатора 4. Изменяя угол между указанными направлениями, управляют интенсивностью прошедшего излучения.

Азимут поляризации результирующего излучения измеряют с помощью анализатора 15. На модулятор 14 Фарадея подается переменное синусоидальное напряжение с частотой 4, с помощью чего раскачивается плоскость поляризации результирующего излучения. Вра41 4 щая анализатор 15 линейной поляризации, добиваются удвоения частоты 24 сигнала, регистрируемого фотоэлектрическим блоком 16. Удвоение частоты контролируется на осциллографе (не показан) . Снимая отсчет по лимбу анализатора 15, находят азимут поляризации результирующего излучения .

Измерение высоты микронеровности шероховатой поверхности выполняют следующим образом.

На место объекта 17 устанавливается эталонный образец с высокополированной отражающей поверхностью.

Нормально падающий на объект 17 пучок перекрывается, вращением четвертьволновой пластинки 2 выравниваются интенсивности опорного и наклонно падающего на объект 17 пучков. По лимбу анализатора 15 снимается отсчет. азимута, линейной поляризации пучка, полученного в результате суперпозиции опорного и наклонного информационного пучков. Затем наклонный информационный пучок перекрывается и снимается отсчет азимута линейной поляризации пучка, полученного в результате суперпоэиции опорного и нормально падающего пучка на эталон.

На следующем этапе устанавливается образец 17. Критерием точности установки образца 17 служит азимут 8 линейной поляризации, полученной в результате суперпозиции опорного и наклонного информационного пучков. Если ф,, то подстройкой образца 17 добиваются их равенства, что соответствует совпадению среднего уровня высот исследуемой поверхности (фиг.2) с поверхнбстью эталона. Снимают значение азимута д линейной поляризации пучка, образованного суперпоэицией опорного и информационного пучка для нормального падения излучения на образец. Разность азимутов oc — Ы характеризует величину высоты микронеровностей шероховатой поверхности.

Среднеарифметическая высота микронеровностей определяется по формуле:

Формула изобретения

Способ измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности, заключающийся в том, что формируют опорный и информационный пучки от источника излучения, направляют сфор1302141

h = — (eL — М ) с а мированные пучки соответственно на опорную и измерительную поверхности по нормапи к ним, пространственно совмещают пучки, отраженные от каждой иэ поверхностей, регистрируют резуль- 5 тат взаимодействия совмещенных пучков и определяют высоту микронеровностей поверхности, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, после форми- 10 рования опорного и информационного пучков линейно их поляризуют один по отношению к другому в ортогональных плоскостях, делят информационный пу— чок на два, выравнивают все пучки по 15 интенсивности, направляют второй информационный пучок под острым углом к контролируемой поверхности и отраженный от контролируемой поверхности пучок световоэвращают через нее по 20 первоначальному пути, после пространственного совмещения всех пучков пространственно их фильтруют, выделяют зеркальную составляющую каждого из пучков и преобразуют выделенные пучки из линейно поляризованных в циркулярно поляризованные, формируют две пары пучков, каждая из которых состоит иэ опорного и одного из информационных циркулярно поляризованных30 пучков, в качестве результата взаимодействия регистрируют суммарную поляризацию каждой иэ пар, определяют азимут линейной поляризации, а высоту микронеровностей определяют по зависимости где oL — азимут линейной поляризации 40 при взаимодействии опорного и нормально падающего информационного пучков на эталонной поверхности;

6 азимут линейной поляризации при взаимодействии опорного и нормально падающего информационного пучка на контролируемой поверхности;

9 — рабочая длина волны источника измерения.

2. Устройство для измерения высоты микронеровностей шероховатой поверхности, содержащее источник излучения, двухлучевой интерферометр Майкельсона и фотоэлектрический блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено четвертьволновой пластинкой, расположенной между источником излучения и интерферометром и установленной с воэможностью вращения относительно оптической оси устройства, двумя поляроидами, установленными соответственно в опорной и в информационной ветвях интерферометра, светоделителем, установленным в информационной ветви, двумя зеркалами и последовательно установленными между интерферометром и фотоэлектрическим блоком фильтром пространственных частот, второй четвертьволновой пластинкой, модулятором Фарадея и анализатором, зеркала установлены по соответствующим направлениям излучения после светоделителя и ориентированы таким образом., что направление излучения от одного из них совпадает с нормалью к контролируемой поверхности, а нормаль к другому зеркалу совпадает с направлением излучения, отраженного от контролируемой поверхности, поляроиды ориентированы друг относительно друга таким образом, что их плоскости пропускания ортогональны, а вторая четвертьволновая пластинка ориентирована так, что ее главная плоскость расположена под углом г

45 к плоскости пропускания поляроидов.

1302141

26 27

Составитель Н.Солоухин

Техред Н. Глущенко Корректор А.Обручар

Редактор С. Патр ушева

Заказ 1207/4 1

Тираж 678 Подписное,ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4