Способ контроля микродефектов поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неконтактного и неразрушающего контроля микродефектов на сверхгладких поверхностях изделий. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет непосредственного измерения величины lo и использования циркулярно поляризованного излучения. Последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности узкий пучок циркулярно поляризованного монохроматического электромагнитного излучения и на каждом участке одновременно измеряют интенсивности излучения падающего на поверхность и отраженного ею в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, По результатам этих измерений судят о площади среднеквадратичной высоте микронеровностей, а также об их форме. При этом не требуется каких-либо априорных предположений о характере спектра шероховатости контролируемой поверхности, ипосоо позволяет также обнаруживать инородные микровключения в поверхности и отличать их от микронеровностей. 1 ил СП С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В I1/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i(p3

СО

,Q0 Ql » ъ (21) 4835561/28 (22) 07.06.90 (46) 23.09,92, Бюл. ¹ 35 (71) Астраханский научно-исследовательский и технологический институт вычислительных устройств (72) И.К.Смирнов (56) В.P.Hidebrand, P.L,Gordon and Е.1/.АПеп

Instrument for Measurino the Roughness of

supersmooth surfaces — Applied optics, ч,13, № 1, Januares, 1974, р, 177 — 180,.

Clalls — Peter - Darr, Thomos selber et ail

computer Aided. Laser scan semsor for optical

Microdefect Detection and classeficatIon—

5-th Jnt JMÅÊO Sump Inteil Meas lena Juïå

10 — 14, 1986, ¹-1,,ч.2, р. 240 — 242. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МИКРОДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неконтактного и неразрушающего контроля микродефектов. на сверхгладких поверхноИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неконтактного и неразрушающего кбнтроля качества зеркальных (сверхгладких) поверхностей.

Известен способ определения среднеквадратичного отклонения высот микронеровностей сверхгладких поверхностей, заключающийся в том. что направляют на контролируемую поверхностью под острым углом к ней параллельный пучок монохроматического электромагнитного излучения, измеряют интенсивности I3 и I излучения, отраженного этой поверхностьюсоответст... Ж„„1763885 A l стях изделий, Цель изобретения — повышение точности контроля за счет непосредственного измерения величины Io u использования циркулярно поляризоaaнного излучения, Последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности узкий пучок циркулярно поляризованного монохроматического алектромагнитного излучения и на каждом участке одновременно измеряют интенсивности излучения падающего на поверхность и отраженного ею в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, По результатам этих измерений судят о площади среднеквадратичной высоте микронеровностей, а также об их форме. При этом не требуется каких-либо априорных предположений о характере спектра . шероховатости контролируемой поверхности. .посоо позволяет также обнаруживать инородные микровключения в поверхности и отличать их от микронеровностей. I ил, венно в зеркальном направлении и в направлении, отличном от зеркального, проводят эти измерения для эталонного образца с известным среднеквадратичным отклонением высот микронеровностей при прочих равных условиях и определяют среднеквадратичное отклонЕние высот микронеровностей контролируемой поверхности путем сравнения результатов измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения и классификации микродефектов. Этот способ заключается в том, что фокусируют на контролируемую поверхность по нормали к ней пучок монохро1763885 матического электромагнитного излучения и измеряют интенсивности I> и hljj излучения, отраженного этой поверхностью соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального. По результатам этих измерений можно оценить размеры и форму микродефекта.

Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывают состояние поляризации излучения, падающего на контролируемую поверхность, и не измеряют интенсивность этого излучения, что снижает точность контроля параметров микродефекта.

Целью изобретения является повышение точности контроля, что позволит получать достоверные сведения о среднеквадратичной высоте микродефекта, равной среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в области микродефекта, и его площади, С этой целью для облучения контролируемой поверхности используют циркулярно поляризованное монохроматическое электромагнитное излучение из измеряют интенсивность 1О излучения, падающего на эту поверхность, Необходимость измерения величины 10 обусловлена тем, что она входит в расчетные формулы, а использование циркулярно поляризованного излучения исключает из этих формул азимутальные углы, что приводит к повышению точности контроля.

Устройство (см. чертеж), реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 линейно поляризованного монохроматического электромагнитного излучения (лазер), последовательно расположенные прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластинку 2, установленную под углом 45 к направлению излучения, диафрагму 3, четвертьволновую фазовую пластинку 4, установленную так, что ее оптическая ось составляет с плоскостью поляризации излучения угол, равный 45, фокусирующий объектив 5, сферическую фотоматрицу 6, фотодачики 7 и 8 с диафрагмами 9 и 10 и ослабителями интенсивности 11 и 12, На чертеже также показаны контролируемая поверхность 13, полярные, углы между нормалью к поверхности 13 и направлениями отражения к краю объектива 5 и к центрам первого и i-го фотодатчиков матрицы 6 соответственно 6, 0>, Я, приращение Лд полярного угла, соответствующее двум соседним фотодатчикам матрицы 6, расположенным в одной плоскости наблюдения, диаметры диафрагм 3, 9, 10 и входного окна фотодатчика

1 dl «1(2Л)4 Р

40 где ЛК=(2тг/Л) sin О- вектор шероховатости, S (ЛК) — спектральная функция шероховатости, W j — функция излучения элементарных поверхностей диполей, л =

3,14. При использовании циркулярно поляри45 зованного излучения выражение для }Wjj i не содержит азимутал ьного угла и имеет вид (И/ 1} = 8 (1+ cos Й) для металла и Wgj} = (я- 1) (1 + cos Я)/2 для диэлектрика, где едиэлектрическая проницаемость. После этого определяют участок с наименьшим значением величины о, который принимают за бездефектный, Площадь М микродефекта рассчитывают по формуле

}э !з

55 „1о Rç где 4* — интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, R — коэффициент зеркального отражения контролируемой по5

35 матрицы 6 соответственно б и О, радиус кривизны фотоматрицы оа, электрический вектор излучение Е.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Направляют пучок излучения от источника 1 через пластинку 2, диафрагму 3, фазовую пластинку 4 и объектив 5 на контролируемую поверхность по нормали к ней. Излучение, отраженное контролируемой поверхностью в различных направлениях, отличных от зеркального, попадает на фотоматрицу 6. Часть излучения от источника 1 после отражения от пластинки 2 попадает на фотодатчик 7, а часть излучения, зеркально отраженного контролируемой поверхностью, после отражения от противоположной стороны пластинки 2 попадает на фотодатчик 8 соответственно через диафрагмы 9 и 10 и ослабители интенсивности 11 и 12. С помощью фотодатчиков матрицы 6 измеряют интенсивности 4;j, а с помощью фотодатчиков 7 и 8 измеряют интенсивности 4 и l излучения. Проводят эти измерения последовательно на разных участках контролируемой поверхности. Для каждого облученного участка находят отношения

Л! /1, ЛЯ где i, j — целочисленные значения; ЛИ вЂ” малый телесный угол, определенный входным окном фотодатчика матрицы 6, и рассчитывают среднеквадратичное отклонение о высот микронеровностей путем численного интегрирования с помощью известных соотношений о =2л Г ЛК} S (ЛК) l d(ЛК), (1) 1763885 верхности, S — величина облучаемой площади.

Для определения среднеквадратичной высоты (Рд ф микродефекта модифицируют соотношение (2) путем замены в нем 1, на отношение(1 * — Ь)/R3, имеющее смысл интенсивности излучения, падающего на микродефект, и !на разность! — kl*, где k =1—

hS/$, имеющую смысл интенсивности излучения, рассеянного микродефектом. Затем для каждого дефектного участка находят отношения

R. (h, l!! -k i;!)/(i," — i,) A, где Лli! — интенсивность отражения от бездефектного участка в том же направлении, что и Ь 1 1, и по этим отношениям с помощью (1) и модифицированного соотношения (2) численным интегрированием рассчитывают величину од ф

2.

Формула изобретения

Способ контроля микродефектов поверхности, заключающийся в том, что последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности по нормали к ней пучок монохроматического электромагнитного излучения, измеряют на каждом участке интенсивности 1, и Л l;„излучения, отраженного от контролируемой поверхности соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, внутрь одинаковых телесных углов ЛЯ и рассчитывают параметры микродефектов поверхности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

5 точности контроля, используют циркулярно поляризованное излучение, измеряют интенсивность 1О излучения, падающего на контролируемую поверхность, находят для каждого облученного участка контролируе10 мой поверхности отношения Ж!!/1Л Я и по ним рассчитывают среднеквадратичное отклонение 0, высот микоонеоовностей, определяют участок с наименьшим значением величины cf который принимают за 15 бездефектный, находят отношение (l *—

la)/lpRg, где 1з* — интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, R — коэффициент зеркального отражения поверхности, и по

20 этому отношению рассчитывают площадь

М микродефекта, затем находят отношения Вз(lll — k Ь1Ц)/(1з* — 1з) h. Q, где Л1;;*— интенсивность отражения от бездефектного участка поверхности k = 1 — М/S, — 1 u !—

25 целочисленные значения, S — величина облученной площади, и по ним рассчитывают среднеквадратичную высоту сРд,ф микродефекта, равную среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в

3О области микродефекта.