Способ определения функции распределения микроплощадок по наклонам шероховатой плоской поверхности образца

 

Изобретение относится к иямерительной технике и может быть зовано, в частности, для опредепения функции распределения микроплощадок шероховатых плоских поверхностей при обработке твердых тел. Целью изобретения является повышение точности и производительности определения функции распределения микроплощадок по наклонам за счет того, что полностью отсутствует затенение освещенных поверхностей микроплощадок при их обпучении и приеме, а также чт СЧРТ практически мгновенного определения искомой функции распределения пикроплог;адок по наклонам. Искомую Функцию распределения определяют по частотному спектру выпрямленного злркгричегкого сигнала фотодатчика, работ ощего в гетеродинном режиме. Приведены гоотношения, связывающие искомую функцию с известной индикатригой рассеяния излучения полированной погерхности р направлении, обратном напрлваению облучения. 1 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1633

А1 (51)5 G О1 В 11/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCKOMY СВИД=ТЕЛЬСТВУ го определения искомой функции распределения микроплощадок по наклонам.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит лазер 1, светоделитель 2, цилиндрическую линзу 3, зеркало 4, фотоэлектрическии приемник 5, узел 6 для выделения и выпрямления и ременной части электрического сигнала приемника 5, анализатор 7 спектра, ЭВМ 8. Кроме того, обозначена исследусмая поверхность 9 образца, движущегося перпендику ярно наГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4474214/28 (22) 23.05.88 (46) 07.03.91. Бюл. 11 9 (71) Черновицкий государственный университет (72) О.Н.Галаневи t, Я.t1.Сербунов и Б.М.Тимочко (53) 531.715.27(088.8) (56) Сахновский М.Ю., Сербунов Я.M.

Исследование статической структуры шероховатых поглощающих поверхнс стей векторполяриэационным методом.—

Оптика и спектроскопия, 1986, т.61, У 5, с.1079-1084. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ

PACIIPFËÅËÅHHß МИКРОПЛОЩ ЩОК ПО НА—

КЛОНАМ ИЕРОХОВАТОИ ПЛОСКОП ПОВЕРХНОСТИ ОБРАЗЦА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть испольэовано, в частности, лля определения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использоВано, в частности, для определения функции распрс еления микроплощадок шероховатых плоских поверхностей при обработке твердых тел.

Целью изобретения является повышение точности и производитель ости определения функции распределения микроплощадок по наклонам за счет того, что полностью отсутствует затенение освещенных поверхностей микроплощадок при их об: учении и приеме, а также эа счет практически мгновенно2 функции распределения микроплощадок шероховатых плоских поверхностей при обработке твердых тел. Целью изобретения является повышение точности и производи1ельности определения функции распределения микроплощадок по наклонам за счет того, что полностью отсутствует затенение освещенных поверхностей микроплощадок при их облучении и приеме, а также за счет практически мгновенного определения искомой функции распределения мнкроплощадок по наклонам. Искомую функцию распределения определяют по ччстотному спектру выпрямленного электрического сигнала фотодатчика, работающего в гетерод. пном режиме.

Приведены сооIношения, связывающие искомую функпию с известной индикатрисой рассеяния излучения полированной поверхности в направлении, .)братном направлению облучения. 1 ил.

1633375

AMER, = 2сдо с

) О о В (() Ао

45 где 0(50

55. А(Я) Ro

I(OL) I А (o(jcos OC правлению облучения со скоростью v.

Ось цилиндрической линзы 3 перпендикулярна направлению излучения и перпендикулярна вектору скорости пере5 мещения исследуемой поверхности 9.

Одна часть излучения после светоделителя 2 отражается в обратном направлении от зеркала 4 и, выступая в качестве опорного сигнала, складывается с отраженным от исследуемой поверхности 9 излучением. Возникшее при этом биение регистрируется фотоэлектрическим приемником 5. Таким обpasoM реализуется гетеродинный метод приема излучения. В узле 6 производится выделение и выпрямление переменной части электрического сигнала приемника 5, которая подается на вход широкополосного анализатора 7 спектра. Полученный спектр регистрируется в ЭВИ 8, которая в дальнейшем производит вычисление функции распределения микроплощадок по наклонам.

Способ осуществляют следующим образом.

Доплеровское смещение (его линейv ная часть, пропорциональная —, где

30 с - скорость света) отраженного от исследуемой поверхности 9 излучения отлично от нуля только в том случае, если отражающая поверхность приближается или удаляется от лазера 1. Поэтому при

35 отражении света от микроплощадки, наклоненной к макроповерхности образца под углом g, возникает доплеровское смещение величиной где Ц вЂ” частота падающего монохроматического излучения; скорость движения поверхности, с — скорость света, т ° е ° сдвиг доплеровской частоты однозначно связан с углом наклона микроплощадки к поверхности 9 образца.

Если материал исследуемой поверхности 9 известен, то известна величина интенсивности излучения, рассеянной в направлении, обратном направлению облучения,и ее угловая зависимость может быть описана формулой где Io — интенсивность падающего излучения, А(М) — экспериментально определяемая известная для данного материала функция, описывающая индикатрису рассеяния излучения полированной поверхности в направлении, обратном направлению облучения.

Тогда интенсивность излучения, отраженного от всей совокупности микроплощадок с углом наклона к макроповерхности, связана с функцией распределения микроплощадок по наклонам соот. ношением

- pA(g)cosg — f (М) (2) о где 11 — эффективный показатель отражения от исследуемой поверхности

D0 — площадь светового пятна в плоскости регистрации, R — расстояние от исследуемой поо верхности к плоскости регистрации.

Фурье-спектр выпрямленного электронного сигнала фотоэлектрического приемника обладает особенностью на нулевой частоте, которая связана с зеркальной составляющей индикатрисы рассеяния микроплощадок, ориентированных параллельно макроповерхности. Если производить фильтрацию сигнала с целью исключения постоянной части эле ктрического сигнала, то частотный спектр переменной части электрического сигнала позволяет однозначно определить функцию распределения микроплощадок по наклонам с помощью соотношения

2 ч с

+ ) > (3)

8 с 2(д ъ

Я с

arctg — — — угол наклона

Яо 4> микроплощадки шероховатой плоской поверхности частота отраженного излучения; спектральная интенсивность отраженного излучения; расстояние от исследуемой поверхности к плоскости регистрации;

1633375 эффективный показатель отражения от исследуемой поверхности, I — интенсивность падающего о луча

D — площадь светового пятна в плоскости регистрации, А — интенсивность опорного о луча, v — скорость перемещения исследуемой поверхности, с — скорость света, Я вЂ” частота падающего излучения, А(00 — индикатриса рассеяния излучения полированной поверхности в направлении, обратном направлению облучения.

Гетеродинный метод приема отраженного излучения осуществляется пу10

15 тем сложения отраженного сигнала частоты я с опорным монохроматическим сигналом частоты Q«, фотодетектирования и фильтрации переменной части

25 ности.

Производят движение пса< р»-г.-ти

9 с постоянной скоростью перпен1икулярно направле><ию облученпл. < т— раженное излучение при«имают с помощью гетеродинного фотоэлектрического приемника 5 по макронормали к поверхности 9, выделяют переменный электрический сигнал из приемника

5 и после выпрямления подают его на широкополосный анализатор 7 спектра, из анализатора 7 спектра получают значение спектрального состава сиг40

45 нала.

Вся совокупность значения частотного спектра обрабатывается ЭВМ 8, куда предварительно введено значение угловой зависимости индикатрисы рассеяния назад для полированной поверхности образца.

Далее вычисляют функцию распределения микроплощадок по наклонам согласно формуле (3).

50 электрического сигнала от постоянной составляющей, выпрямления переменного сигнала и определения его спектрального состава А(<<)).

Таким образом, сов<1кv t о ть эействий, составляющих способ, следую— щая.

Облучают монохроматичесьим <,-лучением поверхность 9 исследуем< г,< о<:— разца, причем облучение про<."<н«,;.-т

35 по нормали к исследуемои макр<ч<о <.:рхформула изобретения

Способ определения функции рас1 пределения микроплошадок по наклонам шероховатой плоской поверхности образца, заключающийся в том, что облучают исследуемую поверхность, принимают отраженное от поверхности излучение и определяют функцию распределения микроплощадок по наклонам, отличающийся тем, что, с целью повьш<ения точности и производительности определения, облучение исследуемой поверхности и прием отраженного от нее излучения производят по макронормали к плоской поверхности, перемешают образец с постоянной скоростью порпс ялику.:.карпо направлению об<;»«< т,в, а о ««-де1:".«и< функции

1 {(Й) р:«". <<<<::л. .;д :<. ;..е ««я < к<1.. оп<ллца! "- по накл чам и ер х.ва « : плг>;-кой ..ерхности «р<",« л«т .« с )< тнопени;. с

H <-:øå ни».

Э! <:, < ;,<1;

3 I 1<„Л < << ) А2 <- о в

-а « «1 2У«u! 1

8 2<«, <;

<. где Л((, ) с

А (аС) Для сокращения времени определения функции распределения микроплощадок по наклонам проводят оптическое зондирование довольно значительного участка поверхности 9 одновременно.

Для этой цели применяют цилиндрическую линзу, ось которой перпендикулярна к линии облучения и скорости движения исследуемой поверхности 9.

1633375

А — интенсивность опорного

Ю луча, чения, Составитель Л.Лобзовл

Техред А.Кравчук Корректор Н.Ревская

Редактор М. Бланар

Заказ 616 Тираж 388 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

63 с

М = arctg — — — угол наклона мик- 5

Ц, 4v роплощадки шероховатой плоской поверхности, частота падающего излучения, скорость перемещения исследуемой поверхности; скорость света 1 частота отраженного излу