RU1807308C - Способ дистанционного определени шероховатости поверхности издели и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  диагностики слабошероховатых поверхностей уделенных изделий. Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  шероховатости поверхности удаленного издели . Описываемый способ заключаетс  в том, что освещают поверхность исследуемого издели  перестраиваемым по частоте когерентным сигналом, дел т принимаемый отраженный от поверхности исследуемого издели  пучок на три пучка: измерительный, опорный и нормирочению вочный, осуществл ют переменную задержку измерительного пучка относительно опорного, дел т напр жение UP(T), пропорциональное интенсивности излучени  результирующего пучка, образованного совмещенными опорным и задержанным измерительным пучками, на напр жение UH. пропорциональное интенсивности нормировочного пучка, определ ют врем  задержки , при котором значение отношени  напр жений UP(T)/UH равно пороговому зна , равному i 1 + -fM. и опреде™ . Л( л ют шероховатость поверхности издели . Дл  осуществлени  способа в устройство, содержащее источник когерентного излучени  и приемную систему, предназначенную дл  обработки и регистрации отраженного излучени , введены параметрический генератор света, приемопередающий оптический телескоп, оптическа  управл ема  лини  задержки, делитель напр жени , компаратор, вентиль, счетчик, цифроанало- говый преобразователь, усилитель, генератор пилообразного напр жени , индикатор и синхронизатор. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относитс  к области измерительной техники и может быть использовано дл  диагностики шероховатости поверхностей изделий, в частности , дл  дистанционного контрол  состо ни  поверхностей оптических элементов (линз, зеркал) и других полированных поверхностей при невозможности лабораторных измерений.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  шероховатости поверхности удаленного издели .

Схема устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на чертеже.

Сущность предлагаемого способа за-; ключаетс  в следующем. Монохроматическое когерентное излучение перестраивают по частоте за врем  гп, меньшее времени тр

регистрации прин того излучени  и освещают им поверхность издели . Отраженный от поверхности издели  сигнал принимают и дел т на три пучка, нормировочный, изме-. рительный и опорный, таким образом, что интенсивность нормировочного пучка равна суммарной интенсивности измерительного и опорного пучков, а интенсивности измерительного и опорного пучков одинаковы . Измерительный и опорный пучки сов,ме- щают до исчезновени  интерференционных полос, затем измен ют разность хода At измерительного и опорного пучков до получени  минимальной интенсивности излучени  результирующего пучка, образованного совмещенными измерительным и опорным пучками за врем  ти, большее времени регистрации гр прин того излучени , регистрируют интенсивность излучени  нормировочного и результирующего пучков , дел т напр жение 11Р(Д I), пропорциональное интенсивности результирующего пучка, завис щей от разности хода Af опорного и измерительного пучков, на напр жение ин, пропорциональное интенсивности излучени  нормировочного пучка. Полученное отношение напр жений Up( A)/UH зависит от разности хода АI измерительного и опорного пучков, или, что эквивалентно, от времени задержки т измерительного пучка относительно опорного, при этом т определ етс  из следующего соотношени 

т - -, где с - скорость света. Зависимость

w

отношени  напр жений UP(Z)/UH пропорциональна нормированной временной коррел ционной функции RH(T) сигнала, отраженного от шероховатой поверхности.

Далее определ ют врем  задержки г измерительного пучка относительно опорного (или, что эквивалентно, разности хода АI измерительного и опорного пучков), при котором отношение напр жений UP(T)/UH

11 равно пороговому значению - - 1 + е х

Ц ХЧ

Пороговое значение определ етс  выражением:

| 1+е 1 Рн(0) Ян (2ат)

при этом значение Up(0)/UH пропорционально значению нормированной временной коррел ционной функции (0) при .

По полученному времени задержки т 2 о г при котором

MPW 1 1+е-13ад)

TV 2

Ц

использу  выражение

fh 2

определ ют шероховатость исследуемой

поверхности.

Устройство содержит источник когерентного излучени  1, параметрический генератор света 2, приемопередающий телескоп 3, генератор пилообразного напр жени  4,

0 первый светоделитель 5, второй светоделитель 6, первый фотоприемник 7, второй фотоприемник 8, первый отражатель 9, второй отражатель 10, оптическую управл емую линию задержки 11; оптический смеситель

5 световых пучков 12, усилитель напр жени  13, индикатор 14, цифроаналоговый преобразователь 15, делитель напр жени  16, синхронизатор 17, счетчик импульсов 18, вентиль 19, компаратор 20.

0 Элементы устройства расположены и соединены следующим образом. Выход источника когерентного излучени  1 оптически сопр жен с входом параметрического генератора света 2, параметрический гене5 ратор света 2 соединен с выходом генератора пилообразного напр жени  4, выход параметрического генератора света 2 опти- Г- чески сопр жен с входом приемопередающего оптического телескопа 3, выход

0 приемопередающего оптического телескопа 3 оптически сопр жен с входом первого светоделител  5, первый выход оптического светоделител  5 оптически сопр жен с входом первого фотоприемника 7, второй вы5 ход первого светоделител  5 оптически сопр жен с входом второго светоделител  б, первый выход второго светоделител  6 оптически сопр жен через первый отражатель 9 с первым входом оптического смеси0 тел  световых пучков 12, второй выход второго светоделител  б оптически сопр жен через второй отражатель 10 с входом оптической управл емой линии задержки 11, выход оптической управл емой линии

5 задержки 11 оптически сопр жен с вторым входом оптического смесител  световых пучков 12, выход оптического смесител  световых пучков 12 оптически сопр жен с входом второго фотоприемника 8, выход

0 второго фотоприемника 8 соединен с первым входом делител  напр жени  16, второй вход делител  напр жени  16 соединен с выходом первого фотоприемника 7, выход делител  напр жени  16 со5 единен с входом компаратора 20, выход компаратора 20 соединен с первым входим вентил  19, выход вентил  19 соединен с первым входом счетчика импульсов 18, выход счетчика импульсов 18 соединен с входом цифроаналогового преобразовател 

15, выход цифроаналогового преобразовател  15 соединен с входом индикатора 14 и С входом усилител  напр жени  13, выход усилител  напр жени  13 соединен с оптической управл емой линией задержки 11, первый выход синхронизатора 17 соединен с входом генератора пилообразного напр жени  4, второй выход синхронизатора 17 соединен с вторым входом счетчика импульсов 18, третий выход синхронизатора 17 со- единен с вторым входом вентил  19.

Устройство- работает следующим образом .

Источник когерентного излучени  1 ге- нерирует монохроматический пучок коге- рентного излучени , который поступает на вход параметрического генератора света 2. С первого выхода синхронизатора 17 на вход генератора пилообразного напр жени  4 поступает импульс запуска. С выхода генератора пилообразного напр жени  4 на пьезокерамические толкатели, скрепленные с нелинейным кристаллом параметрического генератора света 2, поступает пилообразное напр жение, измен ющее ориентацию нелинейного кристалла относительно оптической оси, и, соответственно , частоту излучени  когерентного пучка, поступающего на вход параметрического генератора света 2, на величину Av. С вы- хода параметрического генератора света 2 пучок когерентного излучени  со спектром A через, приемопередающий оптический телескоп 3 освещает поверхность издели . Отраженный от поверхности издели  сигнал, принимаетс  приемопередающим оптическим телескопом 3, поступает на вход первого светоделител  5 и делитс  им на два пучка равной интенсивности, нормировочный и контрольный. Нормировочный пучок с первого выхода первого светоделител  5 поступает на вход первого фотоприемника 7. Контрольный пучок с второго выхода первого светоделител  5 поступает на вход второго светоделител  6 и делитс  им на два пучка равной интенсивности, измерительный и опорный. Опорный пучок с первого выхода второго светоделител  6, переотража сь от первого отражател  9, поступает на первый вход оптического смесител  све- товых пучков 12. Измерительный пучок с второго выхода второго светоделител  6, переотража сь от второго отражател  10, поступает на вход оптической управл емой линии задержки 11. С второго выхода синх- ронизатора 17 на второй вход счетчика импульсов 18 поступает импульс установки в начальное состо ние и устанавливает счетчик 18 в нуль. С третьего выхода синхронизатора 17 на второй вход вентил  19 поступают тактовые импульсы, которые с выхода вентил  19 поступают на первый вход счетчика импульсов 18. Счетчик импульсов 18 считает тактовые импульсы, поступающие с выхода вентил  19, управл   цифроаналого- вым преобразователем 15. Цифроаналого- вый преобразователь 15 формирует напр жение, ступенчато-возрастающее от нул  до значени , соответствующего полной шкале, которое поступает на вход усилител  напр жени  13. С выхода усилител  напр жени  13 управл ющее напр жение поступает на. контакты нелинейного кристалла оптической управл емой линии задержки 11, измен   его показатель преломлени  от п до n+ An. С выхода оптической управл емой линии задержки 11 измерительный пучок Поступает на второй вход оптического смесител  световых пучков 12. С выхода оптического смесител  световых пучков 12 результирующий пучок, образованный совмещенными опорным и измерительным пучками, поступает на вход второго фотоприемника 8. При этом интенсивность результирующего пучка зависит от времени задержки т измерительного пучка относительно опорного. Врем  задержки г определ етс  из следующего выражени 

,1кР-Ап

Ь -х

где Цр - длина нелинейного кристалла оптической управл емой линии задержки 11;

An- приращение показател  преломлени  нелинейного кристалла, возникающее под воздействием управл ющего напр жени  с выхода усилител  напр жени  13;

с - скорость света в кристалле.

С выхода второго фотоприемника 8 напр жение Up(z), пропорциональное интенсивности результирующего пучка, поступает на первый вход делител  напр жени  16. Одновременно на второй вход делител  напр жени  16 поступает напр жение UH, пропорциональное интенсивности нормировочного пучка. С выхода делител  напр жени  16 напр жение U(r), определ емое выражением

и(т)К

UP fr)

UH

где К - коэффициент пропорциональности, определ емый конструктивным исполнением делител  напр жени  16, поступает на вход компаратора 20. При этом напр жение

U(z) пропорционально нормированной временной коррел ционной функции RH(T) широкополосного сигнала, отраженного от шероховатой поверхности. Компаратор 20 имеет внутренний порог срабатывани , уровень которого равен

1 UK0) .

Пороговый уровень определ етс  выражением

1

Л-1

1+е 1 Рн(0) Ян(2а€),

при этом

максимальное значение

напр жени  на выходе делител  напр жени  16 при отсутствии задержки измерительного пучка относительно опорного, пропорциональное максимальному значению нормированной временной коррел ционной функции RH(0).

В момент равенства порогового напр жени  компаратора 20 и напр жени 

К РЛ , поступающего с выхода делител 

UH.

напр жени  16, компаратор 20 формирует напр жение, которое поступает на первый вход вентил  19 и запирает его, предотвраща  поступление тактовых импульсов с третьего выхода синхронизатора 17 на первый вход счетчика импульсов 18. Счетчик импульсов 1-8 прекращает счет. В этот момент напр жение на выходе цифроаналого- вого преобразовател  15 пропорционально времени задержки т 2 а измерительного пучка относительно опорного, при котором значение выходного напр жени  делител  напр жени  16 равно пороговому. Напр жение с выхода цифроаналогового преобразовател  15 поступает на вход индикатора 14, по показани м которого определ ют шероховатость поверхности объекта 21 в соответствии с выражением

ҐСигнал установки в начальное состо ние с второго выхода синхронизатора 17 обнул ет показани  счетчика импульсов 18, чтобы вновь начать процесс измерени .

При этом частота излучени  монохроматического когерентного пучка перестраиваетс  за врем  гп. меньшее времени регистрации интенсивности прин того излучени  гр, период тактовых импульсов

больше времени регистрации интенсивности прин того излучени  тр.

Предлагаемый способ и устройство позвол ет осуществл ть определение шероховатости в интервале 0,25-1,5 мкм, с точностью, завис щей только от значений эффективной ширины спектра A v3 зондирующего сигнала и отношени  сигнал/шум q, при этом точность определени  шероховатости поверхности предлагаемым способом и устройством выше по сравнению с прототипом более, чем в два раза на дальности от 2 м до 390 км.

Claims (2)

1. Способ дистанционного определени  шероховатости поверхности издели , заключающийс  в том/что генерируют пучок когерентного излучени , освещают пучком

когерентного излучени  исследуемую поверхность принимают отраженный от исследуемой поверхности пучок когерентного излучени  и определ ют шероховатость поверхности издели , о т л и ч а ю щ и и с  

тем, что, с целью повышени  точности определени  шероховатости поверхности удаленного издели , перестраивают пучок когерентного излучени  по частоте за врем  гп, меньшее времени тр регистрации прин того излучени , раздел ют принимаемый отраженный от исследуемой поверхности пучок на три пучка - нормировочный, опорный и измерительный, так, что,, интенсивность нормировочного пучка равна

суммарной интенсивности измерительного и Опорного пучков, а интенсивности измерительного и опорного пучков одинаковы, совмещают измерительный пучок с опорным до исчезновени  интерференционных полос , измен ют разность хода Д1 измерительного и опорного пучков до получени  минимальной интенсивности излучени  результирующего пучка, образованного совмещенными измерительным и опорным

пучками за врем  ть, большее времени Гр регистрации интенсивности прин того излучени , регистрируют интенсивность излучени  нормировочного пучка, дел т напр жение Up(A I), пропорциональное

интенсивности излучени  результирующего пучка, завис щей от разности хода АI измерительного и опорного пучков, на напр жение UH, пропорциональное интенсивности излучени  нормировочного пучка, определ ют разность хода АI измерительного и опорного пучков, при которой отношение напр жений

Up(Al)/UH

равно пороговому значению П + е 1 х

х Л , и по значению этой разности хода и«

определ ют шероховатость исследуемой поверхности.

2. Устройство дл  дистанционного определени  шероховатости поверхности издели , содержащее источник когерентного излучени , первый светоделитель, отражатель , второй светоделитель, первый фотоприемник и второй фотоприемник, при этом второй выход первого светоделител  оптически сопр жен с входом второго светоделител , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности определени  шероховатости поверхности удаленного издели , оно снабжено параметрическим генератором света, генератором пилообразного напр жени , приемопередающим оптическим телескопом, вторым отражателем, оптической управл емой линией задержки, оптическим смесителем световых пучков, делителем напр жени , компаратором, усилителем напр жени , цифроаналоговым преобразователем, вентилем, счетчиком импульсов, индикатором, синхронизатором , выход источника когерентного излучени  оптически сопр жен с входом параметрического генератора света, параметрический генератор света соединен с выходом генератора пилообразного напр жени , выход параметрического генератора света оптически сопр жен с входом приемопередающего оптического телескопа, выход приемопередающего оптического телескрпа оптически сопр жен с входом первого светоделител , первый выход первого светоделител  оптически сопр жен с входом первого фотоприемника, первый выход вторрго светоделител  оптически сопр жен через первый отражатель с первым входом оптического смесител  световых пучков, второй выход второго светоделител  оптически сопр жен через второй отражатель с

входом оптической управл емой линии задержки , выход оптической управл емой линии задержки оптически сопр жен с вторым входом оптического смесител  световых пучков, выход оптического смесител  световых пучков оптически сопр жен с входом второго фотоприемника, выход которого соединен с первым входом делител  напр же-1 ни , второй вход которого соединен с выходом первого фотоприемника, выход делител  напр жени  соединен с входом компаратора , выход компаратора соединен с первым входом вентил , выход вентил  соединен с первым входом счетчика импульсов , выход счетчика импульсов соединен с

входом цифроаналогового преобразовател , выход цифроаналогового преобразовател  соединен с входом индикатора и входом усилител  напр жени , выход усилител  напр жени  соединен с оптической

управл емой линией задержки, первый выход синхронизатора соединен с входом генератора пилообразного напр жени , второй выход синхронизатора соединен с вторым входом счетчика импульсов, а третий выход синхронизатора соединен с вторым входом вентил .