DE1961067A1 - Geraet zur optischen Feststellung der Charakteristik einer Oberflaeche - Google Patents

Description

• "Gerät zur optischen Feststellung der Charakteristik einer Oberfläche Die Erfindung betrifft ein Gerät zur optischen Feststellung der Charakteristik einer Oberfläche.
• Die bekannten Ausführungsformen dieser Art arbeiten unter Ausnützung der Interferenzfähigkeit des Lichts und ermitteln das Profil der zu untersuchenden Oberfläche aus dem Gangunterschied jeweils benachbarter Wellenzüge.
• Dadurch ist die Notwendigkeit einer fortlaufend plmktför migen Ermittlung gqgeben,die anschließend zusätzlich eine aufwendige reohneri sch-statistische Auswertung erfordert.
• Der Erfindung liegt diese klare Erkenntnis und gleichzeitig die Aufgabe zugrunde, für Ermittlungen der hier in Rede stehenden Art zweckmsaigere, insbesondere zeitsparende Möglichkeiten zu schaffen.
• Gemäß der Erfindung ist dies in vollkommener Weise durch eine Lichtquelle zur gerichteten Aussendung eines monochromatischen, polarisierten, kohärenten Lichtstrahls auf auf die Probenfläche und Reflektion von dort auf einen die Intensität des reflektierten Lichtstrahles räumlich erfassenden Strahlungsempfgers möglich geworden, wobei der Einfall- oder Ausfaliwinkel des Lichtstrahls kontinuierlich räumlich veränderlich ist.
• Ein solches Gerät bietet in erster Linie den Vorteil, daß es bei Kenntnis der Verteilungsfunktion der Unebenheiten als Kenngrößen der Probenflächen einerseits die mittlere quadratische Abweichung der Rauhigkeitswerte als Intensitätsgröße und gleichzeitig die flächenhafte Folgedichte der Unebenheiten als extensive GröBe liefert. Dadurch wird eine nachträgliche rechnerisch statistische Auswertung der Meßwerte überflüssig.
• Eine exakte optische Erfassung der Rauhigkeit wird dann erreicht, wenn als Lichtquelle ein wegen seiner hohen Kohärenz und Monochromasie bekannter Laser dient.
• Sehr feine Intensitätsunterschiede des reflektierten Lichts erhält man bei Verwendung eines Botomultipliers als Lichtempfänger.
• Vorteilhaft wird eine Lichtquelle mit wahlbarer Wellenlänge und linearpolarisierter Strahlung verwendet, deren Polarisationsebene zweckmäßig um < , also um 1800, drehbar ist. Auf diese Weise kann man über die Charakteristik der Probenfläche vielseitigere Informationen erhalten.
• Demselben Zweck dient eine Lichtquelle mit mindestens zwei unterschiedlich einstellbaren Wellenlängen.
• Für die Charakterisieruqg von Oberflächen mit gerichteter Struktur ist die Verwendung einer Lichtquelle vorteilhaft, die ein vorzugsweise schmales Lichtband längsseitig gegen die Profilflächen der Probenfläche aussendet, das nach seiner Reflektion in seinem ganzen Querschnitt von dem Strahlungsempfänger aufgenommen wird, wobei das optische System relativ gegenüber dem Probenstück mit konstanter Geschwindigkeit beweglich ist.
• Hierbei kann es vorteilhaft sein, daß der Querschnitt des Lichtbandes variabel ist.
• Anhand einer Schemaskizze ist die Erfindung beispielsweise erläutert.
• Nach Fig. 1 liegt die zu charakterisierende Probe 1 zwecks räumlicher Winkeleinstellung auf einem Zweikreisgoniometer 2. Auf sie fällt von einem Laser als Lichtquelle 3 unter einstellbarem Raumwinkel ein monochromatischer, polarisierter, kohärenter, gegebenenfalls bandförmiger Lichtstrahl 4, dessen Wellenlänge und Polarisation wänlbar sind, bzw. der auf mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen variabler Polarisation einstellbar sein kann.
• Der reflektierte L-chtstrahl 5 fällt auf einen Multiplier als Strahlungsempfänger 6.
• Wie die Darstellung erkennen läßt, ist der letztere an ein Rechenwerk'7 angeschlossen, wo die in Abhängigkeit von Polarisation und Meßgeometrie aufgenommenen Intensitätswerte des Streulichts digitalisiert und in Klartext bzw.
• über Lochstreifen ausgegeben bzw. in einem Rechner alnmittelbar zur Berechnung der Oberflächenparameter verarbeitet werden.
• Anstelle des Rechenwerkes 7 läßt sich auch ein Gerät zur bildhaften Aufnahme verwenden. Fig. 2 zeigt ein bei konstantem Einfalls- und konstantem Ausfallswinkel aufgenomjenes Drehdiagramm für ein Rauhnormal der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Fig. 4 ein bei konstantem Einfallswinkel und variiertem Ausfallswinkel gemessenes Streudiagramm einer chemisch aufgerauhten Kristalloberfläche, das durch Digitalisierung der Meßwerte gewonnen wurde. In diesen Bildern ist die Intensität des reflektierten Lichts auf den Radien und die räumliche Verteilung der Unebenheiten in der Winkelabhängigkeit aufgetragen.
• In Fig. 3 ist schließlich ein optischer Tastschrieb eines gleichförmig bewegten Sinusnormals unter Verwendung eines Lichtbandes gezeigt.
• Ein besonderer Vorteil des neuen Geräts insbesondere bekannten, mechanisch arbeitenden Tastgeräten gegenüber, besteht darin, daß die ermittelten Kenngrößen sowohl vom Material als auch vom Meßgerät unabhängig sind und damit völlig unverfälschte und deshalb objektivierbare Werte liefern. Dies bedeutet, daß die Erfindung auf dem einschlägigen Gebiet die Aufstellung absolut neutraler Normen gestattet.

Claims (7)

1. Patentansprüche.

   0Gerät zur optischen Feststellung der Charakteristik einer Oberfläche, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (3) zur gerichteten Aussendung eines monochromatischen, polarisierten, kohärenten Lichtstrahls (4) auf die Probenfläche (1) und Reflektion von dort auf einen die Intensität des reflektierten Lichtstrahles (5) räumlich erfassenden Strahlungsempfängers (6), wobei der Einfall- oder Ausfallwinkel des Lichtstrahls (4) kontinuierlich räumlich veränderlich ist.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle (3) ein an sich bekannter Laser dient.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsempfänger (6) ein Fotomultiplier dient.
4. 4. Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (3) mit wählbarer Wellenlänge und linear polarisierter Strahlung, deren Polarisationsebene zweckmäßig um zu drehbar ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (3) mit mindestens zwei unterschiedlich einstellbaren Wellenlängen.
6. 6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeicfinet durch eine Lichtquelle (3), die ein vorzugsweise schmales Lichtband (4) längsseitig gegen die Profilflächen der Probenoberfläche (1) aussendet, das nach seiner Reflektion in seinem ganzen Querschnitt von dem Strahlungsempfänger (6) aufgenommen wird, wobei das optische System relativ gegenüber dem Probenstück (1) mit konstanter Geschwindigkeit beweglich ist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Lichtbandes (4) variabel ist. Leerseite