Способ определения распределения крутизны микронеровностей шероховатой поверхности

 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения распределения крутизны микронеровностей , определяющих величину напряжения при контакте трущихся поверхностей , а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении, бесконтактном контроле состояния поверхностей и др. отраслях науки и техники. Целью изобретения является повышение точности определения распределения крутизны микронеровностей для шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использования способа за счет измерения градиента показателя преломления вещества шероховатого объекта. Способ заключается в том, что изготавливают реплику шероховатой поверхности, формируют опорный плоский волновой фронт с заданными поляризационными характеристиками , освещают реплику поверхности, проецируют ее когерентное изображение в плоскость фотослоя сквозь анализатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45°. Регистрируют распределение интенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности, измеряют уровни интенсивностей излучения, пропущенного фотографическим транспарантом реплики при поворотах анализатора от 45 до 135° относительно плоскости падения рассчитывают распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности последовательно для каждого значения угла поворота анализатора . Вычитают уровни интенсивностей света, прошедшего через фотографические транспаранты шлифованной поверхности и ее реплики, и по разности уровней судят о градиенте преломления вещества шероховатой поверхности. 1 ил. Ё VI 4 Ь. Јь СЛ Ч

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 11/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4766414/28 (22) 17.10,89 (46) 30.06.92. Бюл. ¹ 24 (71) Черновицкий государственный университет (72) А.Г.Ушенко, M,Т.Стринадко и С.Б.Ермоленко (53) 531.715.27(088.8) (56) Кучин А.А., Обрадович К.А. Оптические приборы для измерения шероховатости поверхности. Л.: Машиностроение, 1981, с.160.

Авторское свидетельство СССР

N1582005,,кл. G 01 В 11/30, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛ Е Н ИЯ КРУТИЗНЫ МИ КРОН ЕРОВНОСТЕЙ ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения распределения крутизны микронеровностей, определяющих величину напряжения при контакте трущихся поверхностей, а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении, бесконтактном контроле состояния поверхностей и др. отраслях науки и техники. Целью изобретения является повышение точности определения распределения крутизны микронеровностей для

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для определения распределения крутизны неровностей, определяющих величину напряжения при контакте трущихся поверхностей, а также прочностные характеристи„„ЫХ„„1744457 А1 шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использования способа за счет измерения градиента показателя преломления вещества шероховатого обьекта.

Способ заключается в том, что изготавливают реплику шероховатой поверхности, формируют onopHblA плоский волновой фронт с заданными поляризационными характеристиками, освещают реплику поверхности, проецируют ее когерентное изображение в плоскость фотослоя сквозь анализатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 450, Регистрируют распределение интенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности, измеряют уровни интенсивностей излучения, Б пропущенного фотографическим транспарантом реплики при поворотах анализатора от 45 до 135 относительно плоскости падения рассчитывают распределение крутизны микронеровностей реплики . шероховатой поверхности последовател ьно для каждого значения угла поворота анализатора, Вычитают уровни интенсивностей света, прошедшего через фотографические транспаранты шлифованной поверхности и Д„ ее реплики, и по разности уровней судят о градиенте преломления вещества шерохо- р ватой поверхности. 1 ил. (л ки деталей, что актуально в приборостроении, машиностроении, бесконтактном контроле состояния поверхности и однородности материала изделия, а также в других отраслях науки и техники.

1744457

Известен ряд оптических способов измерения параметров рельефа поверхности изделия, базирующихся на определении в реальном масштабе времени высотных и шаговых параметров по когерентному изображению поверхности.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения распределения крутизны неровностей, основанный на проецировании когерентного изображения поверхности в плоскость регистрации, в которой размещается фотослой, регистрировании сквозь поляризатор-анализатор такого изображения, проецировании на полученный транспарант-фильтр сквозь анализатор, ось пропускания которого вращается, изображения шероховатой поверхности, измерении изменения светового потока, прошедшего сквозь транспарант в зависимости от угла поворота анализатора, по которому рассчитывают распределение крутизны микронеровностей.

Недостатком способа является невозможность определения величины двулучепреломления Л и, искажающей истинные значения крутизны микронеровностей. С другой стороны, параметр Лn является важнейшим при анализе оптических свойств стекол, полупроводников, фианитов и др. объектов, используемых в оптическом и полупроводниковом приборостроении.

Целью изобретения является повышение точности определения крутизны микронеровностей для шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использования способа за счет измерения градиента показателя преломления вещества шероховатого объекта.

Это достигается тем, что освещают реплику шероховатой поверхности, регйстрируют распределение интенсивностей в ее когерентном изображении, осуществляют его поляризационную фильтрацию, определяют распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности, г о градиенте показателя преломления вещества шероховатого объекта судят по разности уровней интенсивностей света после поляризационной фильтрации когерентных изображений шероховатого объекта и его реплики, На чертеже приведена схема устройства, реализующего предложенный способ, Устройство содержит источник 1 излучения, четвертьволновую пластинку2, поляризатор 3, коллиматор 4, светоделитель 5, поворотное зеркало 6, реплика шероховатой поверхности 7, проекционные объекти5

55 вы 8, 19, фотографический транспарант 10 реплики шероховатой поверхности, анализаторы 11, 12, фотоэлектронные умножители 13,14, конденсаторы 15, 16, блок 17 сравнения сигналов, вырабатываемых фотоумножителями 13, 14, фотографический транспарант 18 шероховатой поверхности, шероховатую поверхность 19.

Устройство работает следующим образом. На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГН-215 (источник излучения l), Четвертьволновая планка 2 преобразует линейную поляризацию лазерных колебаний в циркулярную.

Поляризатор 3 формирует плоскость поляризации лазерных колебаний под углом 45 относительно плоскости падения. Коллиматор 4 преобразует исходную лазерную волну в пучок с плоским волновым фронтом, который делится светоделителем 5 на два: опорный и объективный. ь опорном канале освещающий лазерный пучок с помощью поворотного зеркала

6 направляется на реплику шероховатой поверхности 7, Сформированное таким образом когерентное изображение реплики проецируется объективом 8 в плоскость регистрации, в которой расположен фоторегистрирующий транспарант 10, а перед ним находится анализатор 11, ось пропускания световых колебаний которого ориентирована под углом 45 относительно плоскости падения. Фотослой регистрирует распределение интенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности.

Далее с помощью вращающегося анализатора в угловых пределах 45 — 135 относительно плоскости падения формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах корреляции когерентного изображения реплики шероховатой поверхности и пропускают их через транспарантмаску. Конденсатор 15 концентрирует пропущенный световой поток на вход ФЭУ

13, который измеряет уровень изменения интенсивности, В объектном канале реализуются аналогичные операции. Когерентное изображение исследуемого шероховатого объекта 19 с помощью проекционного объектива 18 проецируют сквозь анализатор 12, ось пропускания осевых колебаний которого ориентирована под углом 45 относительно плоскости падения, в плоскость фотослоя, который регистрирует распределение интенсивностей в когерентном изображении исследуемого шероховатого объекта. С помощью вращающегося анализатора 12 в угловых пределах 45 — 135 относительно

1744457

Составитель С.Ермоленко

Редактор Л.Народная Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т,Малец

Заказ 2186 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 плоскости падения формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах корреляции когерентного изображения шероховатого объекта и пропускают их через транспарант-маску. Конденсатор 16 концентрирует пропущенный световой поток на вход ФЭУ 14, который измеряет уровень интенсивности. Блок сравнения 17 сигналов выработанных ФЭУ 13 и 14, осуществляет вычитание сигналов синхронно для каждого значения угла поворота анализаторов 11 и 12.

На основании полученных данных рассчитываются распределение крутизны микронеровностей и градиент показателя п реломления шероховатой поверхности.

Предлагаемый способ повышает точность определения крутизны при наличии эффектов двулучепреломления на один порядок. При этом расширяются функциональные возможности способа, состоящие в одновременном получении информации о крутизне микронеровностей и о величине показателя двулучепреломления вещества объекта, Формула изобретения

Способ определения распределения крутизны микронеровностей шероховатой поверхности объекта, заключающийся в том, что облучают исследуемый объект плоскополяризованным лазерным пучком с азимутом поляризации 45 относительно плоскости падения, проецируют когерентное изображение поверхности объекта в плоскость фоточувствительного слоя сквозь анализатор, ось пропускания которого ориентирована под углом 45О, регистрируют

5 распределение интенсивностей в когерентном изображении шероховатого объекта, измеряют уровни интенсивностей излучения, прошедшего через фотографический транспарант при поворотах оси анализато10 ра от 45 до 135 и определяют распределение крутизны микронеровностей поверхности шероховатого объекта, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения этого параметра для

15 шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширения информативности способа за счет измерения градиента показателя преломления вещества шероховатого объ20 екта, освещают реплику шероховатой поверхности, регистрируют распределение интенсивностей в ее когерентном изображении, осуществляютего поляризационную фильтрацию, определяют распределение

25 крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности, а о градиенте показателя преломления вещества шероховатого объекта судят по разности уровней интенсивностей света после поляризационной

30 фильтрации шероховатого объекта и его реплики.