PL143628B1 - Optical measuring profiligraph - Google Patents

Optical measuring profiligraph Download PDF

Info

Publication number
PL143628B1
PL143628B1 PL24669184A PL24669184A PL143628B1 PL 143628 B1 PL143628 B1 PL 143628B1 PL 24669184 A PL24669184 A PL 24669184A PL 24669184 A PL24669184 A PL 24669184A PL 143628 B1 PL143628 B1 PL 143628B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
optical
light
signal
photoelectric detectors
profilographometer
Prior art date
Application number
PL24669184A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL246691A1 (en
Inventor
Tatiana Lukianowicz
Tadeusz Karpinski
Czeslaw Lukianowicz
Original Assignee
Wyzsza Szkola Inzynierska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wyzsza Szkola Inzynierska filed Critical Wyzsza Szkola Inzynierska
Priority to PL24669184A priority Critical patent/PL143628B1/en
Publication of PL246691A1 publication Critical patent/PL246691A1/en
Publication of PL143628B1 publication Critical patent/PL143628B1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest profilografometr optyczny przeznaczony do rejestracji profilu i pomiaru parametrów chropowatosci powierzchni technicznych, zwlaszcza metalowych.Do pomiarów parametrów chropowatosci powierzchni technicznych i rejestracji profilu powierzchni stosowane sa na ogól profilografometry stykowe oraz coraz czesciej profilografome¬ try optyczne. Znane profilografometry optyczne, stosowane do pomiarów chropowatosci powierzchni, wykorzystuja zjawisko heterodynowania optycznego dwóch wiazek swiatla. Urza¬ dzenie takie jest przedmiotem patentu USA nr 3 796 495.W urzadzeniu tym swiatlo z lasera pada na dzielnik swiatla. Czesc swiatla przechodzi przez dzielnik padajac na elektrooptyczny modulator Bragga. Na wyjsciu modulatora Bragga uzyskuje sie dwie ugiete wiazki swiatla rózniace sie nieznacznie dlugoscia fali. Wiazki te za pomoca ukladu optycznego skupione sa w dwóch obszarach powierzchni przedmiotu polozonych blisko siebie. Po odbiciu od powierzchni obie wiazki przechodza ponownie przez uklad optyczny, modulator Bragga i kierowane sa za pomoca dzielnika swiatla na detektor fotoelektryczny. W wyniku interferencji obu wiazek, na wyjsciu detektora fotoelektrycznego pojawia sie sygnal elektryczny, który podawany jest na jedno z wejsc fazomierza. Na drugie wejscie fazomierza podawany jest sygnal elektryczny proporcjonalny do sygnalu sterujacego modulator Bragga.Sygnal na wyjsciu z fazomierza zalezny jest od róznicy faz obu sygnalów wejsciowych. Jezeli powierzchnia przedmiotu mierzonego przesuwa sie ze stala predkoscia prostopadle do kierunku padania wiazek swietlnych na powierzchnie, to sygnal wyjsciowy z fazomierzajest proporcjonalny do pochodnej profilu nierównosci powierzchni. Sygnal ten jest podawany na wejscie urzadzenia calkujacego. Na wyjsciu urzadzenia calkujacego sygnal jest proporcjonalny do wysokosci profilu nierównosci powierzchni. Sygnal ten jest podany na wejscie oscyloskopu katodowego i moze byc sfotografowany z ekranu oscyloskopu. Moze on byc takze przetworzony w innym urzadzeniu.Wada opisanego wyzej urzadzenia jest to, ze sygnal uzyskiwany w wyniku heterodynowania optycznego dwóch fal swietlnych otrzymanych z modulatora Bragga jest sygnalem wysokiej czestotliwosci. Stwarza to koniecznosc zastosowania w tym urzadzeniu detektora fotoelektry¬ cznego i fazomierza pozwalajacych przetwarzac sygnaly wysokiej czestotliwosci. Ponadto istotna2 143 628 wada opisanego urzadzenia jest koniecznosc zastosowania w nim ukladu optycznego skupiajacego wiazki swietlne w dwóch obszarach powierzchni mierzonej, przy czym wymiary tych obszarów oraz odleglosc miedzy nimi musza byc bardzo male.Celem wynalazku bylo opracowanie takiej konstrukcji profilografometru optycznego, w którym w wyniku heterodynowania optycznego wytwarzany bylby sygnal niskiej czestotliwosci i którty nie wymagalby skupiania swiatla w dwóch róznych obszarach powierzchni mierzonej.Profilografometr optyczny wedlug wynalazku wyposazony jest w zwierciadlo poruszane wibratorem zasilanym z generatora, najkorzystniej sygnalem o niskiej czestotliwosci oraz w dwa detektory fotoelektryczne, umieszczone w róznych obszarach pola interferencyjnego, polaczone z fazomierzem, którego wyjscie polaczone jest z urzadzeniem calkujacym sygnal elektryczny.Heterodynowanie optyczne dwóch fal swietlnych uzyskiwane jest w profilografometrze opty¬ cznym wedlug wynalazku dzieki zastosowaniu zwierciadla przemieszczanego za pomoca wibra¬ tora, który zasilany jest z generatora sygnalów okresowych. Zastosowanie dwóch detektorów fotoelektrycznych, umieszczonych w róznych obszarach pola interferencyjnego, polaczonych z fazomierzem pozwala uzyskac na wyjsciu fazomierza sygnal proprocjonalny do pochodnej profilu powierzchni, przy czym swiatlo jest skupione tylko w jednym obszarze powierzchni mierzonej.Sygnal z wyjscia fazomierza po scalkowaniu w urzadzeniu calkujacym jest proporcjonalny do wysokosci profilu powierzchni.Na uzyskanie korzystnych skutków wedlug wynalazku ma wplyw, jezeli profilografometr wyposazonyjest w dzielnik kierujacy swiatlo na dwa detektory fotoelektryczne. Nastepne korzysci uzyskuje sie, jesli profilografometr wyposazony jest w znane urzadzenie do regulacji polozenia dwóch detektorów fotoelektrycznych.Zastosowanie w profilografometrze optycznym wedlug wynalazku dodatkowego dzielnika swiatla oraz urzadzenia do regulacji polozenia detektorów pozwala na latwe umieszczenie detekto¬ rów fotoelektrycznych w polozonych blisko siebie obszarach pola interferencyjnego.Zaleta profilografometru optycznego wedlug wynalazku jest uproszczenie konstrukcji wyni¬ kajace z obnizenia czestotliwosci sygnalu pomiarowego. Obnizenie czestotliwosci sygnalu pomia¬ rowego umozliwia zastosowanie w urzadzeniu latwodostepnych detektorów, fazomierza oraz innych urzadzen przetwarzajacych o wezszym pasmie przenoszenia sygnalu. Dodatkowa zaleta profilografometru optycznego wedlug wynalazku jest uproszczenie konstrukcji wynikajace z wykorzystania w nim tylko jednej wiazki swiatla odbitej od powierzchni przedmiotu mierzonego.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, który jest schematem konstrukcyjnym.Swiatlo ze zródla swiatla 1, za pomoca kolimatora 2 jest formowane w wiazke równolegla.Wiazka ta pada na dzielnik swiatla 3. Czesc swiatla tej wiazki ulega odbiciu i po przejsciu przez obiektyw 4 zostaje skierowana na powierzchnie mierzonego przedmiotu 5. Przedmiot mierzony 5 umieszczony jest na stoliku 6 przemieszczanym ze stala predkoscia za pomoca urzadzenia napedo¬ wego 7. Czesc swiatla, która przeszla przez dzielnik 3, po przejsciu przez obiektyw 8 pada na zwierciadlo 9 poruszane za pomoca wibratora 10. Wibrator 10 zasilanyjest elektrycznym sygnalem okresowym z generatora 11. Przemieszczenie zwierciadla 9 jest proporcjonalne do wartosci sygnalu wytwarzanego w generatorze 11.Obie wiazki, jedna po odbiciu od powierzchni przedmiotu 5, druga po odbiciu od zwierciadla 9 kierowane sa na dzielnik 12, a nastepnie na dwa fotoelektryczne detektory 13 i 14. Detektory te umieszczone w róznych obszarach pola interferencji obu wiazek polaczone sa z wejsciami fazomie¬ rza 15. Wyjscie fazomierza 15 polaczone jest z urzadzeniem calkujacym sygnal elektryczny 16.Wyjscie urzadzenia 16 moze byc za pomoca przelacznika 17 polaczone z rejestratorem 18 lub miernikiem 19 wyznaczajacym wartosc parametrów chropowatosci powierzchni.Czesc optyczna profilografometru, zawierajaca zródlo swiatla 1, kolimator 2, dzielnik swiatla 3, obiektywy 4 i 8, zwierciadlo 9 z wibratorem 10, dzielnik 12 oraz fotoelektryczne detektory 13 i 14, wydzielona jest w postaci glowicy optycznej umieszczonej w obudowie 20.143628 3 Zastrzezenia patentowe 1. Profilografometr optyczny wykorzystujacy zjawiska heterodynowania optycznego dwóch fal swietlnych, znamienny tym, ze wyposazony jest w zwierciadlo (9) poruszane wibratorem (10) zasilanym z generatora (11), najkorzystniej sygnalem o niskiej czestotliwosci oraz w dwa fotoelek- tryczne detektory (13 i 14), umieszczone w róznych obszarach pola interferencyjnego, polaczone z fazomierzem (15), którego wyjscie polaczone jest z urzadzeniem calkujacym sygnal elektryczny (16). 2. Profilografometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wyposazony jest w dzielnik (12) kierujacy swiatlo na dwa fotoelektryczne detektory (13 i 14). 3. Profilografometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wyposazonyjest w znane urzadzenie do regulacji polozenia dwóch fotoelektrycznych detektorów (13 i 14). PLThe subject of the invention is an optical profilograph, intended for profile registration and roughness parameters measurement of technical surfaces, especially metal ones. For the measurement of technical surface roughness parameters and surface profile registration, contact profilographometers are generally used, and more and more often optical profilographometers. Known optical profilographometers, used to measure surface roughness, use the phenomenon of optical heterodyning of two light beams. Such a device is the subject of US Patent No. 3,796,495. In this device, light from the laser is incident on the light divider. Part of the light passes through the divider as it hits the electro-optical Bragg modulator. At the output of the Bragg modulator, two deflected light beams are obtained, slightly different in wavelength. These beams, by means of an optical system, are focused in two areas of the object's surface located close to each other. After reflection from the surface, both beams pass through the optical system, the Bragg modulator, and are directed by a light divider to the photoelectric detector. As a result of the interference of both beams, an electric signal appears at the output of the photoelectric detector, which is fed to one of the phasometer inputs. An electric signal proportional to the control signal of the Bragg modulator is fed to the second input of the phasemeter. The signal at the output of the phaser depends on the phase difference of both input signals. If the surface of the workpiece moves with a constant velocity perpendicular to the direction of incidence of the light beams on the surface, the output signal from the phaser is proportional to the derivative of the surface roughness profile. This signal is fed to the input of the integrating device. At the output of the integrator, the signal is proportional to the height of the surface unevenness profile. This signal is input to the cathode ray scope and can be photographed from the oscilloscope screen. It can also be processed in another device. The disadvantage of the device described above is that the signal obtained as a result of optical heterodyning of two light waves obtained from a Bragg modulator is a high-frequency signal. This necessitates the use of a photoelectric detector and a phasemeter in this device, which would enable the processing of high-frequency signals. Moreover, a significant disadvantage of the described device is the necessity to use an optical system focusing the light beams in two areas of the measured surface, the dimensions of these areas and the distance between them must be very small. The aim of the invention was to develop such a construction of an optical profilograph, in which Optical heterodyning would produce a low-frequency signal and which would not require focusing light in two different areas of the measured surface. According to the invention, the optical profilograph is equipped with a mirror moved by a vibrator powered by a generator, preferably with a low-frequency signal, and in two different photoelectric fields The optical heterodyning of two light waves is obtained in an optical profilographometer, according to the invention, with the help of a device that integrates the electrical signal. the use of a mirror moved by a vibrator powered by a periodic signal generator. The use of two photoelectric detectors, located in different areas of the interference field, connected to the phasemeter, allows to obtain a signal proportional to the derivative of the surface profile at the phasometer output, whereby the light is concentrated in only one area of the measured surface. The signal from the phasometer output after integration in the integrating device is proportional to the height of the surface profile. The advantageous effects according to the invention can be achieved if the profilographometer is equipped with a divider directing the light to two photoelectric detectors. Further advantages are obtained if the profilograph is equipped with a known device for adjusting the position of two photoelectric detectors. The use of an additional light divider in an optical profilograph according to the invention and a device for adjusting the position of the detectors allows the photoelectric detectors to be easily placed in closely spaced interference field regions. The advantage of the optical profilograph according to the invention is the simplification of the structure resulting from the reduction of the frequency of the measuring signal. The reduction of the frequency of the measurement signal enables the device to be used with readily available detectors, a phasemeter and other processing devices with a shorter signal transmission band. An additional advantage of the optical profilographometer according to the invention is the simplification of the structure resulting from the use of only one beam of light reflected from the surface of the measured object. The subject of the invention is shown in the example of the embodiment in the drawing, which is a construction diagram. Light from the light source 1, by means of a collimator 2 is formed into a parallel beam. This beam falls on the light divider 3. Part of the light of this beam is reflected and after passing through the objective 4 is directed to the surface of the measured object 5. The object 5 is placed on the table 6 moved at a constant speed by means of a drive device 7. The part of the light that has passed through the divider 3, after passing through the lens 8, falls on the mirror 9, which is moved by the vibrator 10. The vibrator 10 is supplied with an electric periodic signal from the generator 11. The displacement of the mirror 9 is proportional to the value of the signal produced in the generator 11. Ob The two beams, one reflected from the surface of the object 5, the second after reflection from the mirror 9, are directed to the divider 12, and then to two photoelectric detectors 13 and 14. These detectors, located in different areas of the interference field of both beams, are connected with the phasometer inputs. 15. The output of the phasometer 15 is connected to the device integrating the electric signal 16. The output of the device 16 can be connected by means of a switch 17 with a recorder 18 or a meter 19 determining the value of the surface roughness parameters. Optical part of the profilographometer, containing a light source 1, a collimator 2, a light divider 3, objectives 4 and 8, mirror 9 with a vibrator 10, divider 12 and photoelectric detectors 13 and 14, is separated in the form of an optical head placed in the housing 20.143628 3 Patent claims 1. Optical profilograph using the phenomena of optical heterodyning of two light waves, characterized by: that it is equipped with a mirror (9) to be moved with a vibrator (10) powered by a generator (11), preferably a low-frequency signal, and two photoelectric detectors (13 and 14), located in different areas of the interference field, connected to a phasemeter (15), the output of which is connected to the device integrating the electric signal (16). 2. The profilographometer according to claims The method of claim 1, characterized in that it is provided with a splitter (12) directing the light to two photoelectric detectors (13 and 14). 3. The profilographometer according to claims A device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a known device for adjusting the position of two photoelectric detectors (13 and 14). PL

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe 1. Profilografometr optyczny wykorzystujacy zjawiska heterodynowania optycznego dwóch fal swietlnych, znamienny tym, ze wyposazony jest w zwierciadlo (9) poruszane wibratorem (10) zasilanym z generatora (11), najkorzystniej sygnalem o niskiej czestotliwosci oraz w dwa fotoelek- tryczne detektory (13 i 14), umieszczone w róznych obszarach pola interferencyjnego, polaczone z fazomierzem (15), którego wyjscie polaczone jest z urzadzeniem calkujacym sygnal elektryczny (16).Claims 1. An optical profilograph using the phenomena of optical heterodyning of two light waves, characterized in that it is equipped with a mirror (9) moved by a vibrator (10) powered by a generator (11), preferably by a low-frequency signal, and with two photoelectric detectors ( 13 and 14), located in different areas of the interference field, connected with a phasemeter (15), the output of which is connected to the device for evaluating the electric signal (16). 2. Profilografometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wyposazony jest w dzielnik (12) kierujacy swiatlo na dwa fotoelektryczne detektory (13 i 14).2. The profilographometer according to claims The method of claim 1, characterized in that it is provided with a splitter (12) directing the light to two photoelectric detectors (13 and 14). 3. Profilografometr wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wyposazonyjest w znane urzadzenie do regulacji polozenia dwóch fotoelektrycznych detektorów (13 i 14). PL3. The profilographometer according to claims A device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a known device for adjusting the position of two photoelectric detectors (13 and 14). PL
PL24669184A 1984-03-14 1984-03-14 Optical measuring profiligraph PL143628B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL24669184A PL143628B1 (en) 1984-03-14 1984-03-14 Optical measuring profiligraph

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL24669184A PL143628B1 (en) 1984-03-14 1984-03-14 Optical measuring profiligraph

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL246691A1 PL246691A1 (en) 1985-10-08
PL143628B1 true PL143628B1 (en) 1988-02-29

Family

ID=20020938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL24669184A PL143628B1 (en) 1984-03-14 1984-03-14 Optical measuring profiligraph

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL143628B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL246691A1 (en) 1985-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3847485A (en) Optical noncontacting surface sensor for measuring distance and angle of a test surface
US3768910A (en) Detecting the position of a surface by focus modulating the illuminating beam
US4504147A (en) Angular alignment sensor
JPS5862507A (en) Method of determining shape of surface in interferential form
US4929077A (en) Interferometric range finder
EP0704685B1 (en) Angle detecting apparatus for detecting angle of inclination of scanning mirror provided on Michelson interferometer
UST102104I4 (en) Scanning optical system adapted for linewidth measurement in semiconductor devices
Cand et al. Detection of in‐plane and out‐of‐plane ultrasonic displacements by a two‐channel confocal Fabry–Perot interferometer
EP0157227A2 (en) Interferometer
US4395123A (en) Interferometric angle monitor
US4425041A (en) Measuring apparatus
US4952027A (en) Device for measuring light absorption characteristics of a thin film spread on a liquid surface, including an optical device
PL143628B1 (en) Optical measuring profiligraph
JPS60200108A (en) Optical type thickness measuring method and apparatus thereof
US5471302A (en) Interferometric probe for distance measurement utilizing a diffraction reflecting element as a reference surface
EP0050144B1 (en) Process for measuring motion- and surface characterizing physical parameters of a moving body
JPH0875433A (en) Surface form measuring device
NL9202303A (en) Sailor ellipsometer.
US4813763A (en) Light beam fluctuation compensating device and method
JPS6275363A (en) Laser distance measuring apparatus
JPH0821849A (en) Measuring method for high-temperature body by laser doppler system
RU1777053C (en) Method and apparatus for determining profile of refractive index of optical irregularities
JPH06221853A (en) Position detector
RU1793205C (en) Device for determining transverse displacements of an object
RU2166182C2 (en) Interference method measuring angle of turn of object