RU1795277C - Измерительный комплекс дл контрол шероховатости поверхностей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и информативности измерений. В измерителе обеспечиваетс  вращение издели  вокруг оси, перпендикул рной зондирующему потоку, и синхронное с ним вращение канала 8 регистрации, в котором одним и тем же фотоприемником 31 регистрируетс  как зеркальна  составл юща  светового потока отраженного от шероховатой поверхности издели , так и несколько диффузных составл ющих, что позвол ет оценить индикатрису рассеивани . 4 ил,

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  бесконтактным рефлектометри- ческим методом двух параметров шерохова- торти, а также индикатрис отражени  и пропускани  различных поверхностей, например , в услови х оптического производ- стЈа.

Известно устройство дл  измерени  ше- ро оватости, содержащее канал формиро- ва-ни  зондирующего излучени , канал регистрации отраженного излучени  и.ме- хайизм дл  пр молинейного перемещени  фотоприемника в плоскости распространени  зондирующего и зеркальной составл ю- ще|й отраженного излучени .

Данное устройство обладает р дом конструктивных недостатков. Так, напри- мёр, при перемещении фотоприемника одновременно измен етс  и угол регистрации отраженного излучени , что вносит дополнительную погрешность при сравнении йн- теНсивностей нескольких составл ющих отраженного излучени  и определение параметров шероховатости. Зеркальна  составл юща  отраженного излучени  может быть зарегистрирована только при одном значении угла падейи  зондирующего излучени  на поверхность, что при обычной нерегул рной структуре микронеровностей поверхностного сло  приводит к дополнительной погрешности в оценке ее интенсивности . Кроме того, отсутствует возможность регистрации индикатрис отражени  и пропускани  контролируемой поверхности, что существенно снижает информативность результатов контрол  качества поверхностей. В другом устройстве дл  измерени  шероховатости канал формировани  зондирующего излучени  и канал регистрации отраженного излучени  неподвижны, а объект контрол  установлен в механизм перемещени , обеспечивающий его поворот вокруг оси, перпендикул рной к плоскости распространени  зондирующего и зеркальной составл ющей отраженного излучени  и проход щей через контролируемую точку поверхности.

ел

с

ч

ю ел

hO

ч XI

Конструкци  этого устройства также обладает р дом существенных недостатков. При регистрации нескольких диффузных составл ющих отраженного излучени  одновременно измен етс  и угол падени  зондирующего излучени  на подложку, что вносит существенную дополнительную погрешность при сравнении их интенсивно- стей а, следовательно, и в определение параметров шероховатости. Кроме того, как и в предыдущем устройстве, зеркальна  составл юща  отраженного излучени  может быть зарегистрирована только при одном значении угла падени  зондирующего излучени  на поверхность, отсутствует также возможность регистрации индикатрис отражени  и пропускани  контролируемой поверхности . Однако по-совокупности существенных признаков данное устройство наиболее близко к за вл емому и может быть прин то в качестве прототипа.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  и расширение функциональных возможностей.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что измерительный комплекс дл  контрол  шероховатости поверхностей, содержащий канал формировани - зондирующего излучени , канал регистрации отраженного излучени  и механизм поворота объекта контрол  вокруг оси, перпендикул рной к плоскости распространени  зондирующего и зеркальной составл ющей отраженного излучени  и проход щей через контролируемую точку поверхности, дополнительно снабжен механизмом поворота фотоприемника , регистрирующего отраженное излучение , вокруг той же оси, проход щей через контролируемую точку поверхности.

При этом, угол регистрации отраженного излучени , при любом положении фотоприемника , будет оставатьс  неизменным, дополнительно по вл етс  возможность регистрации нескольких значений интенсивно- стей.зеркальной составл ющей отраженного излучени  при различных значени х угла падени  зондирующего излучени  на контролируемую , поверхность, а также возможность регистрации индикатрис отражени  и пропускани  контролируемой поверхности дл  получени  дополнительной информации о ее качестве. Эти свойства за вленного изобретени  не совпадают также со свойствами других известных технических решений .

На фиг. 1 изображен общий вид комплекса; на фиг.2 - кинематическа  схема ком- плекса; на фиг.3 - блок светофильтров комплекса; на фиг.4 - структурна  схема комплекса.

Измерительный комплекс дл  контрол  шероховатости поверхностей состоит из последовательно расположенных на основании 1: источника монохроматического

излучени  2, диафрагмы 3, блока светофильтров 4, блока пол ризации 5, модул тора 6 и линзы 7, оптические оси которых наход тс  на одной пр мой, параллельной основанию , а также фотоприемного устройства 8,

установленного с возможностью вращени  в горизонтальной плоскости посредством привода вращени  9, механизма сканировани  10 с механизмом его поворота 11 и системы управлени  12,

Механизм сканировани  10 состоит из предметного столика 13 со сменными центрирующими защитными элементами (на рис. не показаны) и приводов горизонтального 14 и вертикального 15 перемещений.

Каждый из приводов 14 и 15 выполнен в виде каретки 16, двигател  17, черв ка 18 и зубчатой рейки 19, причем черв к 18 св зан с выходным валом двигател  17, а зубчата  рейка смонтирована на каретке 16.

Предметный столик 13 смонтирован на каретке 16 привода горизонтального линейного перемещени  14, а последний смонтирован на каретке 16 привода вертикального перемещени  15. Этим обеспечиваетс  сканирование по площади 5x5 мм поверхности. с шагом 0,25 мм. Механизм поворота п механизма сканировани  10 выполнен в виде черв чной передачи, черв к 20 которой св зан с руко ткой регулировочного пёремещени  (на рис. не показана), а зубчатое колесо 21 св зано жестко поводком 22 с осью механизма сканировани  10, установленного на стойке 23. Механизм поворота 11 обеспечивает поворот механизма сканировани  в диапазоне от 0° до 60° с шагом 0,5°.. Блок светофильтров 4 состоит из диска 24 с отверсти ми, выполненными на равном рассто нии друг от друга по окружности,

светофильтров 25 с различными коэффициентами пропускани , размещенными в отверсти х диска 24 и привода вращени  26, состо щего из двигател , выходной вал которого св зан через зубчатую передачу (на

рис. не показана) с осью диска 24.

Блок пол ризации 5 состоит из полуволновой пластины и пол роида (на рис. не показаны) и обеспечивает излучение линейно-пол ризованного излучени , необходимото только дл  контрол  многослойных, пол ризационных зеркал.

Фотоприемное устройство 8 размещено на кронштейне 27, смонтированном на стойке 23 и св занном с ведомым зубчатым

колесом 28 цилиндрической зубчатой передачей привода вращени  9, а ведущее колесо 29 св зано с выходным валом двигател  30, выполненного, например, в виде шагового двигател . Фотоприемное устройство 8 имеет возможность вращени  в диапазоне 7,5-180° с дискретом отсчета 1°.

Фотоприемное устройство 8 состоит из фотоприемника 31. основного и дополнительного объективов 32, установленных так, что между ними коллимируетс  пучок лазерного излучени , из интерференционного сретофильтра 33, установленного .между объективами дл  обеспечени  помехозащищенности и из полевой диафрагмы 34, установленной перед фотоприемником 31 в задней фокальной плоскости дополнитель- нргр объектива 32, котора  исключает вли ние посторонних засветок на работу фртоприемника 31. Размер диафрагмы 34 соизмерим с размером сфокусированного п тни на измер емой поверхности.

Источником монохроматического излучени  2  вл етс  лазер газовый ЛГ-79-1.

Система управлени  комплекса 12 состоит из блока управлени , в.качестве которого использован вычислительный комплекс ВУМС-28-025, блока усилени  36 и блока регистрации 37, св занных с исполнительными устройствами посредством блока согласовани  38.

Измерительный комплекс дл  контрол  шероховатости поверхностей работает следующим образом.

Пучок излучени , выход щий из источника монохроматического излучени  2, проходит через диафрагму 3, котора  устран ет вли ние отраженных бликов от элементов оптической схемы на генерацию лазера, далее - через блок светофильтров 4, модул тор 6 и линзой 7 фокусируетс  на контролируемой поверхности в п тно небольших размеров. Поскольку интенсивность зеркально-отраженного излучени  на п ть-шесть пор дков больше, чем интенсиву норть диффузно-отраженного излучени , в канал формировани  зондирующего излучени  введен блок светофильтров 4 дл  выравнивани  уровн  сигналов на фотоприемнике 3.1.

Блок светофильтров 4, по команде с блока управлени  35, устанавливаетс  с помощью привода вращени  в одно из двенадцати положений в зависимости от нужной кратности ослаблени .

Зеркально отраженное излучение, отразившись от контролируемой поверхности издели , закрепленного на предметном столике 13 механизма сканировани  10, попадает в фотоприемник 8, установленный по команде с блока управлени  35 в положение , соответствующее углу зеркального отражени  ©з .

В фотоприемнике 8 пучок излучени  проходит через объективы 32, светофильтр

33, полевую диафрагму 34 и п.опадает на светочувствительную площадку фотодиода 31, соединенного с блоком усилени  36 и регистрации сигнала 37, где регистрируетс  интенсивность зеркально отраженного излучени  в первом направлении з .

Дл  измерени  интенсивностей диффузно-отраженного излучени  по команде с блока управлени  35 производитс  последовательное перемещение фотоприемника 8 в положени , соответствующие двум раз-, личным углам диффузного отражени  0д1™ и 0д2 . При этом, производитс  регистраци  интенсивностей диффузных составл ющих отраженного излучени  д/1 и Д2 .

Затем, по команде с блока управлени  35, или в ручном режиме, механизм поворота 11 производит установку издели  в положение , соответствующее другому значению

угла падени  зондирующего излучени  на контролируемую поверхность, цикл измерений повтор етс  и регистрируетс  следующа  последовательность значений интенсивностей зеркально з и.диффузно

отраженных д/2 и потоков излучени  и т.д. до получени  значений 3 и 1Д1 Д2, где I - необходимый объем выборки наблюдений , определ емый из услови  уменьшени  случайной составл ющей погрешности измерени  до заданного значени . .

Два параметра шероховатости поверхности в контролируемой точке могут быть определены расчетным путем по известной функциональной зависимости, св зывающей их со значени ми интенсивностей зеркально 3 и диффузно отраженных дгл дг- потоков излучени  (см.например, А.А.Кучин, К.А.Обрадович. Оптические приборы дл  измерени  шероховатости поверхности. Л.,

Машиностроение, 1981, с.159):

fifi.Ј

: lVf(cosei K s,nert

t;

, V

Ш „ 2,-И (cos ©g+ ,f . s)n eЈl . t

($.(Ј«$

где О - среднеквадратическое .отклонение высоты микронеровностей-от средней линии профил  поверхности, мкм;

а-коррел ционна  длина или шагмик- ронеровностей. мкм;

А-длина волны зондирующего излучени , мкм,

Решение системы уравнений и определение параметров шероховатости ти а производитс  автоматически блоком управлени  35 по заданной программе.

Перемещение издели  дл  контрол  шероховатости в других точках поверхности осуществл етс  по командам с блока управлени  35 с помощью механизма сканировани  1Q по взаимно-перпендикул рным координатам X и Y,

Индикатрисы отражени  и пропускани  поверхности в контролируемой точке регистрируютс  при неизменном значении угла падени  зондирующего излучени  на поверхность , близким к нулю и изменении угла

установки фотоприемника 8 с помощью механизма перемещени  30 в необходимых пределах.

Использование предложенного изобретени  позвол ет существенно повысить точность измерени  двух параметров шероховатости различных поверхностей за счет уменьшени  случайной погрешности, расширить функциональные возможности и повысить информативность результатов контрол  за счет одновременной регистрации индикатрис отражени  и пропускани  контролируемой поверхности.

Фррмул а и зобретени  

Измерительный комплекс дл  контрол  шероховатости поверхностей, содержащий канал формировани  зондирующего излучени , канал регистрации отраженного излучени  с фотоприемником и блок обработки сигналов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений и

2 5 4 56

информативности, он. снабжен механизмом перемещени  издели  вокруг оси, проход щей через точку контрол  и перпендикул рной к оптической оси зондирующего канала, и механизмом перемещени  канала регистрации на заданном рассто нии вокруг оси поворота издели , механизмы перемещени  и фотоприемник канала регистрации подключены к блоку обработки сигналов.

4 О 8 27

18 19

Фиг. 2.

49 13 18 16

Фиг..5.

и 36