Opis patentowy opublikowano: 90 07 31 I CZYTELNIA U^edu Patentowego Twórcywynalazku: Krzysztof Weiss, Alina Fabijanek, Marek Daszkiewicz Uprawniony z patentu: Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa (Polska) Sposób pomiaru plaskosci powierzchni niepolerowanych zwlaszcza plytek kwarcowych i interferometr cykliczny do pomiaru plaskosci powierzchni niepolerowanych zwlaszcza plytek kwarcowych Wynalazek dotyczy sposobu pomiaru plaskosci powierzchni niepolerowanych zwlaszcza ply¬ tek kwarcowych i interferometru cyklicznego do pomiaru plaskosci powierzchni niepolerowanych zwlaszcza plytek kwarcowych.Dotychczas pomiaru plaskosci powierzchni niepolerowanych dokonuje sie przez pomiar grubosci oraz przez sprawdzenie plaskosci za pomoca sprawdzianów krawedziowych. Metoda ta nie nadaje sie do sprawdzenia plaskosci plytek cienkich. Przy grubosciach rzedu 0,1 mm plytka przy delikatnym nawet nacisku ulega deformacji, przez co uzyskany wynik nie odzwierciedla rzeczywi¬ stej nieplaskosci plytki. Poza tym metoda ta obarczana jest duzym bledem i praktycznie pozwala zaobserwowac nieplaskosc powierzchni plytki powyzej l//m. Stosuje sie równiez metode wizualiza¬ cji nieplaskosci plytek przez obserwacje prazków interferencyjnych pomiedzy badana powierzch¬ nia, a powierzchnia pryzmatu. Jednakjest to metoda stykowa, u której badana powierzchnia musi przylegac do powierzchni pryzmatu co dyskwalifikuje ja przy sprawdzeniu plaskosci cienkich plytek. Poniewaz kat obserwacji obrazu jest nieznany interpretacja wyników, a zatem i okreslenie wielkosci plaskosci jest niemozliwe.W stosowanych dotychczas do pomiaru plaskosci powierzchni polerowanych interferome¬ trach wiazka pada na badana powierzchnie prostopadle (kat padania 0°), w interferometrze Michelsona, lub pod katem zawartym w przedziale 0°-45° w interferometrach cyklicznych. Naj¬ czesciej w interferometrach cyklicznych stosuje sie kat 45° dla interferometru czterozwierciadlo- wego i kat 30° dla interferometru trójzwierciadlowego. Znane sa interferometry o innych katach padania wiazki jednak sluza one do pomiaru innych parametrów np. przemieszczen katowych2 148 990 (Pat. ZSRR Nr 833 844) a wszystkie powierzchnie odbijajace w tych interferometrach sa powierzch¬ niami zwierciadlowymi. Wszystkie dotychczas znane interferometry nadaja sie wylacznie do pomiaru plaskosci powierzchni polerowanych. W przypadku powierzchni niepolerowanych roz¬ proszenie swiatlajest tak wysokie, ze nie powstaje obraz interferencyjny.Przy szlifowaniu elemen¬ tów kwarcowych czesto proces technologiczny konczy sie na szlifowaniu proszkiem sciernym o sredniej wielkosci ziarna od 5 do 3/im i wówczas nie ma praktycznie mozliwosci kontroliplaskosci dotychczasowymi metodami.Sposób wedlug wynalazku polega na zastosowaniu interferometru cyklicznego, w którym wiazka swiatla pada na badana powierzchnie stanowiaca jedno ze zwierciadel interferometru pod katem padania znacznie wiekszym od 45°. Przy czym drogi optyczne od zwierciadla swiatlo -dzielacego do geometrycznego srodka powierzchni badanej powierzchni niepolerowanej sa rózne dla przeciwnych obiegów promieni swietlnych. Dzieki duzemu katowi padania wiazki swiatla na badana powierzchnie czesc promieni swietlnych odbija sie od wierzcholków mikronierównosci zgodnie z prawem odbicia i daje w ukladzie interferometru obraz podobny do tego, jakby byla to powierzchnia zwierciadlana. Promienie, które nie sa odbijane przez wierzcholki mikronierównosci ulegaja wielokrotnym odbiciom i rozproszeniu pod katem znacznie rózniacym sie od kata zwier¬ ciadlanego odbicia, a tym samym wychodza z ukladu i nie zaburzaja wlasciwego obrazu. Jezeli natomiast kat padania maleje coraz wiecej promieni ulegajacych wielokrotnemu odbiciu i rozpro¬ szeniu wchodzi do ukladu i obraz interferencyjny zanika.W interferometrze wedlug wynalazku zwierciadlo swiatlodzielace oraz jedno ze zwierciadel plaskich calkowicie odbijajacych umocowane sa równolegle do siebie w obudowie mocowanej do podstawy obrotowo na osi. Drugie zwierciadlo plaskie calkowicie odbijajace umieszczone jest w plaszczyznie prostopadlej do podstawy i stolika równolegle do osi obrotu.. Badana powierzchnia niepolerowana, której plaskosc jest mierzona w interferometrze, umieszczona jest korzystnie na stoliku i stanowi jedne ze zwierciadel w ukladzie optycznym interferometru przy kacie padania regulowanym w zakresie 60-85° dobieranym indywidualnie dla badanej powierzchni tak, aby wystapilo zwierciadlane odbicie wiazki swiatla. Rozmieszczenie zwierciadel dobrane jest tak, aby w zamknietym obiegu swiatla drogi optyczne pomiedzy badana powierzchnia a zwierciadlem swiat- lodzielacym byly rózne dla przeciwnych obiegów wiazki swiatla.Wynalazek zostanie wyjasniony w przykladzie wykonania na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia obieg promieni w interferometrze, fig. 2 - schemat interferometru, a fig. 3-6 przedstawiajac obrazy powierzchni nieplaskich uzyskane na interferometrze.Wedlug wynalazku pomiar plaskosci powierzchni niepolerowanej w postaci próbki 3 doko¬ nuje sie w interferometrze cyklicznym, w którym wiazke swiatla kieruje sie na próbke 3 w dwóch przeciwnych obiegach pod katem znacznie wiekszym od 45°.Urzadzenie sklada sie z podstawy 1, stolika 2 opartego na srubach regulacyjnych 11, na którym umieszcza sie badana próbke 3, dwóch zwierciadel plaskich calkowicie odbijajacych 4 i 9 zwier¬ ciadla swiatlodzielacego 5, zródla swiatla 6 i soczewki skupiajacej 7. Zródlo swiatla 6, soczewka skupiajaca 7 oraz zwierciadla 4 i 5 umieszczone sa we wspólnej obudowie 8, mocowanej do podstawy 1 obrotowo na osi 10. Zwierciadlo calkowicie odbijajace 9 mocowane jest do podstawy na stale pod katem 90° do podstawy i stolika 2 równolegle do osi obrotu 10 obudowy 8. Wiazka swiatla ze zródla 6 jest czesciowo kolimowana przez soczewke skupiajaca 7. Nastepnie ulega rozdwojeniu na zwierciadle swiatlodzielacym 5 na dwie wiazki obiegajace w przeciwnych kierun¬ kach uklad interferometru cyklicznego skladajacy sie z dwóch calkowicie odbijajacych zwierciadel 4 i 9, powierzchni badanej próbki 3 i zwierciadla swiatlodzielacego 5, które ponownie zbiera obie wiazki wyprowadzajacje wspólnie na zewnatrz ukladu. Interferencje tych wiazek mozna obserwo¬ wac bezposrednio okiem wzglednie przy wykorzystaniu pomocniczej optyki obserwacyjnej. W zwiazku z przeciwnym obiegiem obu interferencyjnych wiazek, ich fronty falowe sa obrócone o 180° wokól osi prostopadlej do kierunków biegów promieni. Zatem interferuja ze soba wiazki odbite od róznych obszarów badanej powierzchni, dzieki czemu uwidaczniaja sie odchylenia od idealnej plaskosci.W przypadku powierzchni idealnie plaskiej przez regulacje polozenia próbki 3 na stoliku 2 za pomoca srub regulacyjnych (11) mozna doprowadzic do zaniku prazków. Gdy powierzchnie nie sa148 990 3 plaskie mozna dla uproszczenia rozpatrywac trzy nastepujace przypadki powierzchni wypuklej sferycznie, powierzchni wkleslej sferycznie i powierzchni skrzywionej cylindrycznie.Przypadki 1 i 2 nalezy rozpatrywac jako porównanie dwóch powierzchni kulistych o róznych promieniach. Z przeksztalcen róznych wzorów fizycznych mozna wyprowadzic nastepujacy wzór na promien krzywizny, badanej powierzchni: D2(l-.il) cos a R= k (1) N* Ti- gdzie: R - promien krzywizny badanej powierzchni li - a +f+ c (fig. 1) droga od oka obserwatora do obrazu blizszego, b - a + b + c (fig. 1) droga od oka obserwatora do obrazu dalszego; N - rzad prazka interferencyjnego; D - dluzsza srednica elipsy utworzonej przez prazek; N - tego rzedu - fig. 3; A - dlugosc fali swiatla; a - kat padania wiazki swiatla, Stad odchylka od plaskosci wynosi: d2NA A. 6= b , (2) 2 D2 (l-^_) coscr gdzie: d - srednica mierzonej plytki.Z powyzszych wzorów (1) i (2) wynika, ze obserwacja powierzchni sferycznych jest mozliwa jedynie przy niesymetrycznym ustawieniu powierzchni niepolerowanej to znaczy li 7H2.W przypadku 3 dla ulatwienia mozemy rozpatrywac porównanie krzywizny w jednym odbiciu z plaszczyzna w drugim odbiciu. Odchylke od plaskosci mozna wyrazic wzorem: 6=J¥L- (?) 2 coscr gdzie oznaczenia jak we wzorach (1) i (2). przy czym wzór ten ma zastosowanie tylko w przypadku gdy os cylindra nie jest równolegla ani prostopadla do plaszczyzny biegu promieni w interferome¬ trze. W tych przypadkach nalezy rozpatrywac badana powierzchnie jako porównanie dwóch krzywizn wedlug wzorów z przypadku 1 i 2.Typowe obrazy interferencyjne dla poszczególnych przypadków przedstawiono na fig. 3-6.Dla przypadków 1 i 2 obserwujemyobrazy przedstawione na fig. 3.Dla przypadku 3,jesli os cylindra ustawiona jest prostopadle do plaszczyzny biegu promieni w interferometrze obserwujemy obraz przedstawiony na fig. 4, jesli os cylindra ustawiona jest w plaszczyznie biegu promieni obserwujemy obraz przedstawiony na fig. 5, natomiastjesli os cylindra ustawiona jest w pozycji posredniej obserwujemy obraz przedstawiony na fig. 6. Za pomoca przedstawionego w przykladzie wykonania urzadzenia dokonano pomiaru plaskich plytek kwar¬ cowych o srednicy 14 mm po obróbce scierniwem korundowym o uziarnieniu 5/im przy kacie padania okolo 75° i oswietleniu swiatlem bialym.Obrazy interferencyjne przedstawiono na fig. 3-6. Odchylka od plaskosci dla tych plytek wynosila ok. 0,5 //m. PL