Способ измерения высоты шероховатости

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового распределения рассеянного света и косвенной бесконтактной оценки параметров рассеивающей поверхности. Цель изобретения - расширение диапазона измерений высоты шероховатости. Измерение контраста спекл-структуры с набором объективов позволяет построить зависимость контраста от диаметра светового пятна на поверхности, максимум которой соответствует на оси абсцисс удвоенному шагу неровностей. Зная шаг неровностей , можно непосредственно оценивать высоту неровностей по контрасту спеклструктуры. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5И 4 G 01 И 21 8

ЯЯ(,()К!11 q ! I3 „",;;,:, 3j

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЙИ 1(И» (й(А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3776570/24-25 (22) 01.08.84 (46) 23.08.87. Бюл. ))-" 31 (72) В.М.Борейко, Б,В.Вылегжанин, Г.И.Заводчиков, А.А.Поплавский, О.К.Таганов, В.А.Таганова и М.В.Яркин (53) 581.715.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР ,N - 1004755, кл. G 01 В 11/30, 1980.

Топорец А.С. Отражение света шероховатой поверхностью. — Оптико-механическая промьппленность, 1979, Н 1, с. 34. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углового распределения рассеянного света и косвенной бесконтактной оценки параметров рассеивающей поверхности. Цель изобретения — расширение диапазона измерений высоты шероховатости. Измерение контраста спекл-структуры с набором объективов позволяет построить зависимость контраста от диаметра светового пятна на поверхности, максимум которой соответствует на оси абсцисс удвоенному шагу неровностей. Зная шаг неровностей, можно непосредственно оценивать ф высоту неровностей по контрасту спеклструктуры. 1 ил.

1332204

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля качества поверхности.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений высот шероховатости поверхностей.

На чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, сменные объективы 2, фокусирующие излучение на объект 3, установленный на узел 4 крепления образца, соединенный через редуктор 5 с электродвигателем 6. Отсчетный микроскоп 7 регистрирует углы поворота образца. Поворот осуществляется узлом 8 автоматического вращения с приводом от электродвигателя

9. Приемная система устройства состоит из апертурной диафрагмы 10, объектива 11 и фотоприемника 12, сигнал с которого через согласующее устройство

13 поступает на ЭВМ 14, а при необходимости — на вход самописца 1S. Управление автоматическим перемещением и вращением образца производится с помощью пульта 16.

Когерентное излучение, сфокусированное на исследуемой поверхности и отраженное ею, создает спекл-структуру в плоскости наблюдения. При этом контраст С спекл-структуры может быть определен по формуле

С =G,/ т, где 8 — среднеквадратичное откло-! некие интенсивности I от среднего значения (I).

Контраст спекл-структуры связан с высотой неровностей рассеивающей поверхности. Регистрацию спекл-структуры производят при перемещении образца в заданном направлении, так как интерференционная картина перемещается вместе с образцом.

В области сферического фронта регистрируемой волны контраст спеклструктуры определяется по формуле

С = /(N/2) где 6 — среднеквадратичное измене P ние фазы;

N — число коррелированных площадей, участвующих в создании спекл-структуры.

Введение сменных фокусирующих объективов обеспечивает измерение шагоС = 412 @YG cos $/Ë N

44

А где 6

45

G„cos 8 =б среднеквадратичная высота неровностей; угол: падения излучения на образец,с длина волны света, коэффициент, зависящий от отклонения приемной системы. от угла зеркального отражения (Y > 1).

3 у

Расстояние Z, ст плоскости изобра55 жения сменных объективов 2 до объектива 11 приемной системы соответствует расстоянию практической бесконечности Е „ » сР /Л, где Й вЂ” поперечный размер изображения источника, создавого параметра шероховатости, что позволяет измерять высоту неровностей по контрасту спекл-структуры беэ при5 влечения других способов а также даЭ ет полную информацию о параметрах шероховатости — шаговом и высотном. Измерение шага основано на принципе оптики спеклов: максимальный контраст

10 спекп структуры „окс при даннои высоте неровностей создает двухлучевая интерференция. Это условие выполняется, когда число коррелированных площадей в освещенном пятне N = --2.

Измерение контраста последовательно с каждым объективом, создающим на исследуемой поверхности различный размер освещаемой зоны, позволяет построить кривую зависимости С от диаметра пучка. Экстремальная точка зависимости соответствует на оси абсцисс удвоенному шагу неровностей.

Кроме того, возможность работы в зоне максимального контраста повышает чувствительность устройства к высоте неровностей, т.е. расширяется область измеряемых высот неровностей и число измеряемых параметров.

Возможность вращения узла креплеЗО ния образца вокруг оси гониофотометра позволяет изменять угол падения излучения на образец в пределах 0-90

Увеличение угла падения света уменьшает фазовый отклик на высоту неров35 ностей пропорцион 7bHO косинусу угла падения.

При 6 « 1 зависимость контраста от высоты неровностей выражается линейной зависимостью

1332 2O4

Z, > К=я/га, где f — фокусное расстояние объектива 11 а — апертура объектива 11.

Составитель В.Варнавский

Техред М.Ходанич

Корректор А.Обручар Редактор И.Булла

Заказ 3825/39

Тираж 776

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ваемого объективом 2 на поверхности образца 3. Фотоприемник 12 расположен на оптической оси приемной системы и удален от плоскости изображения объектива . 11, находящейся вблизи

его фокальной плоскости, на расстояние

Порог чувствительности к высоте

O неровностей составляет 5 А. Теоретический анализ ошибки измерения среднеквадратичной вариации фазы световой волны на неровностях поверхности методом спекл-интерферометрии дает величину менее 1 .

Формула изобретения

Способ измерения высоты шероховатости, заключающийся в освещении об5 раэца и регистрации отраженного от него излучения при различных углах поворота образца относительно падающего излучения, о т л и ч а ю щ и Й— с я тем, что, с целью расширения

10 диапазона измерений, освещение производят сфокусированным, когерентным излучением, измеряют контраст спеклструктуры в ближнем поле дифракции при перемещении образца в плоскости

ir изображения фокусирующего объектива, изменяют размер сфокусированного пятна до получения максимального контраста спекл-структуры и по измеренному максимальному контрасту и размеру соответствующего ему сфокусированного пятна судят об абсолютном значении высоты шероховатости.