Бесконтактный фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности непрозрачных образцов

 

САЙИЕ и 1, 654853

ОП И

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.01.77 (21) 2446397/25-28 с присоединением заявки № (51) М. Кл.

G 01В 11/30 (43) Опубликовано 30.03.79. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.79 (53) УДК 531.715.2 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) А втор ы изобретения

М, М. Мазуренко, А. Л. Скрелин и А. С. Топорец (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОТЫ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

НЕПРОЗРАЧНЪ|Х ОБРАЗЦОВ осударственный tcowTex (23) П

23 Приоритет

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано, R ч аaсcтTнHоoс тTиH, для контроля качества поверхности, определения высоты шероховатости, выбора рациональных технологических процессов при создании полированных непрозрачных поверхностей в различных отраслях промьпил Hности.

Известен фотометрический способ опрс- 1о деления высоты шероховатости поверхности непрозрачных образцов, основанный на измерении отраженного света в зеркальном направлении при больших углах падения, при этом измерения производятся относительно эталонов, шероховатость KQTopbl« известна.

Этот способ позволяет измерить шероховатость до 13 класса обработки поверхности. 20

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является бесконтактный фотометрический способ измерений высотьг шероховатости поверхности непрозрачных образцов (более высокого класса обработки), заключающийся в том, что облучают измеряемую поверхность образца монохроматическим пучком света под углом относительно нормали к ней, не превышающим

10, и измеряют характеристики отран<снного от этой поверхности излучения.

Этот способ основан на сравнении излучения, рассеянного шсро«оватой повср«ностшо с известным значением шсро«оватости а, с излучением, рассеянным измеряемым образцом. В качестве источника излучения применен лазер. Угол падения света на образец рагсн 8 . С помощью рефлсксометра

íà«oдят отношение p)(()) днффузно рассеянного излучения 1 (О) к излучению, отраженному в зеркальном направлении l(Hp), для эталона сравнения — rps(8)» испытуемого образца — о,(0). Среднеквадратическос значение высоты неровностей образца о„ определяется как .„= (и„) — .„

2 где (.) os — известное среднеквадратическое значение высоты неровностей эталона. В качестве эталона использована кварцевая полированная пластина с нанесенным на нее слоем алюминия. Шеро«оватость такой пластины оценивается величиной 10 А.

654853

Этот способ является относительным, т. е. требует наличия эталона. Однако создание эталонной сверхгладкой поверхности, измерение ее и хранение представляют достаточно сложную задачу. Кроме того, применение в качестве эталона алюминия, напыленного на полированный кварц, вызывает дополнительные ошибки при измерении образцов других материалов (например, меди, для измерения которой в основном предназначен рефлексометр). Несмотря на то что Оз эталона известно, профиль эталонной поверхности может существенно отличаться от профиля поверхности образца (меди), что отразится на индикатрисе рассеяния. Все эти недостатки, в конечном итоге, снижают точность и усложняют процесс измерения.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что с целью повышения точности и упрощения процесса измерения последовательно измеряют сигналы от полного и диффузного отражения от поверхности изделия потоков и среднеквадратическую высоту шероховатости определяют по формуле

1// /дифф

05 где Л вЂ” длина волны облучающего пучка света;

/дифф, /ио/дн — СООТВеТСТВЕННО СИГНаЛЫ ОТ диффузного и полного отраженных потоков; а=3,1416 — известная постоянная.

На чертеже изображена принципиальная схема установки для реализации и предлагаемого способа.

Установка содержит источник света 1 (лазер), зеркало 2, экран 3, ловушку света 4, фотометрический шар 5 с отверстиями б — 9 и фотоприемник 10.

Осуществляется предлагаемый способ следующим образом. Световой пучок, имеющий малое угловое расхо>кдение, от источника 1 с помощью зеркала 2 направляется через отверстия 8 и 9 шара на измеряемую поверхность образца 11 под углом

5 — 10 к нормали поверхности. Отраженный измеряемой поверхностью световой поток Ф„„„попадает в фотометрический шар

5, где интегрируется и создает на приемной поверхности фотоприемника б через отверстие 9 освещенность, пропорциональную величине Фнол„. Когда зеркальная составляющая отраженного светового потока

Фз,рн выпускается через отверстие 6 шара, т. е. экран 3 не перекрывает это отверстие, то на приемной поверхности фотоприемника создается освещенность пропорциональная величине диффузно отраженного от измеряемой поверхностью светового потока

Фдифф.

Если обозначить через Ф, величину падающего на образец светового потока, то

Фполн: Фзнрк + Фднфф = >7Фо. где R — коэффициент отражения ооразца.

Учитывая, что РЛ „

/ 2 можно выражение для отраженного диффузно светового потока Ф„и,1„1, представить в виде

Фдифф — Фполн Фзерк—

2/ 2

= Ф, 1 — е " cos i

/ 2 где h,„. — среднеквадратичная высота шероховатости;

Л вЂ” длина волны облучающего пучка света;

i — угол падения пучка света на образец.

Последнее соотношение справедливо при

<2R2

j2

c0s2i ((1, т. е. когда коэффициент зеркального отражения практически можно считать равным R. Разлагают экспоненциальный член этого выражения в ряд по степеням аргумента и ограничиваются первыми двумя членами, получая соотношение

< 2 СК

Ф,нфф —— — R(1>, cos i =

/ 2

2/2 — 1 полн . сов /1

/ 2 откуда вытекает формула для определения высоты

1/ Ф ко гда i (10, т. е. соэЧ = 1.

Поскольку ре/ истрируемые сигналы 1дифф и!„„.-„„поступающие с фо" îïðèåìíèêà, пропорциональны создаваемым на приемной поверхности освещенностям От поступающих в фотометрический шар световых потоков Ф.„„1„1, и Фи„„, соответственно, то

1 // дифф ск—

/коли

Ф ор мул а из о брет ения

Бесконтактный фотометрический способ измерения высоты шероховатости поверхности непрозрачных образцов, заключающийся в том, что облучают измеряемую поверхность образца монохроматическим пучком света под углом относительно нормали к ней, не превышающим 10, и измеряют характеристики отраженного от этой поверхности излучения, о т л и ч à Io шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, последовательно измеряют сигналы от полного и диффузного отраженных от поверхности об654853

Составитель Лобзова

Техред А. Камышникова

Редактор О. Юркова

Корректор Л. Брахнина

Заказ 188/! Изд. ¹ 220 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типографии, пр. Сапунов:i, 2 разца потоков и среднеквадратическую высоту шероховатости определяют по формуле

h 1дифф где i, — длина волны облучающего пучка света;

/днфф. /полн — соответственно сигналы от диффузного и полного отраженных потоков;

5 т= 3,1416 — известная постоянная.