RU1810751C - Способ измерени шероховатости поверхности издели - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно, к бесконтактным оптическим методам измерени  шероховатости поверхности. Цель изобретени  - повышение производительности измерени  за счет исключени  механического сканировани  и процедуры статистической обработки результатов измерений. Когерентное излучение раздел ют на два когерентных пучка , устанавлива  между ними угол, исход  из соотношени  (J , где а - угол между когерентными пучками. Я - длина волны когерентного излучени , D - размер поперечного сечени  когерентных пучков, ai - поперечный размер спеклов рассе нного спекл-модулированного пол . Наблюдают дифракционную картину в виде рассе нного спекл-модулированного пол  и интерференционных полос в нем. Создают подвижные интерференционные полосы за счет изменени  во времени разности фаз между когерентными пучками. Измер ют изменение усредненной по многим спеклам интенсивности спекл-модулированного пол  в одной подвижной интерференционной полосе. По изменению интенсивности суд т о степени шероховатости поверхности. 3 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно, к бесконтактным оптическим методам измерени  шероховатости поверхности. .

Цель изобретени  - повышение производительности измерений.

На фиг. 1 показано устройство, предназначенное дл  измерени  шероховатости прозрачных изделий; на фиг. 2 и 3 устройства предназначены дл  измерени  шероховатости изделий, отражающих оптическое излучение.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучени  (лазер), расширитель 2 пучка излучени , блок 3 дл  разделени  излучени  на два когерентных пучка, создани 

между ними разности фаз и сведени  пучков под углом друг к другу до пространственного пересечени , контролируемое изделие 4, апертурную диафрагму 5, фоторегистратор 6, блок 7 обработки фотоэлектрического сигнала , индикатор 8 результатов измерений. Устройства дл  измерени  шероховатости отражающих изделий (фиг. 2 и 3) дл  регистрации отраженного излучени  содержат , в качестве одного из возможных вариантов , полупрозрачное зеркало 9, помещенное между блоком 3 и контролируемым изделием 4. и объектив 10, используемый дл  переотображени  исследуемого сечени  рассе нного пол  в плоскость диафрагмы 5.

00

о VJ

ел

Предлагаемый способ реализуетс  следующим образом.

Лазерный пучок с помощью расширител  2, нфример, коллиматора, расшир ют до необходимого поперечного сечени  и направл ют в блок 3. В блоке 3 лазерный пучок раздел ют на два когерентных пучка, создают между ними разность фаз, а затем свод т эти пучки под малым углом друг к другу до их пространственного пересечени  и образовани  интерференционных полос, период которых определ етс  по формуле:

(1)

где Л- период интерференционных полос, А- длина волны лазерного излучени ; а-угол между когерентными лазерными пучками.

В качестве .блока 3, например, можно использовать интерферометры Майкельсб- на или Маха-Цендера, или Жамена, или интерферометр какой-либо другой конструкции.. .

Вышедшие из блока 3 когерентные пучки , образующие интерференционные полосы , направл ют на исследуемую шероховатую поверхность издели  4: В прошедшем через контролируемое изделие 4 (фиг. 1) или отраженном от поверхности издели  (фиг. 2 и 3) излучении наблюдают дифракционную картину в виде рассе нного спекл-модулированного пол  и интерференционных полос в нем. Устанавливают угол между когерентными пучками (например, путем изменени  наклона зеркал в интерферометре блока 3) таким, чтобы период Л наблюдаемых интерференционных полос превышал поперечный размер спеклов 3 рассе нного пол . В рассе нном поле устанавливают апертурную диафрагму 5, размеры которой превышают поперечные размеры спеклов о и не превышают период интерференционных полос; в качестве такой диафрагмы при пр молинейных интерференционных полосах удобнее использовать щель, ориентированную длинной стороной вдоль полос. Прошедшее через диафрагму излучение поступает на фоторегистратор б (например, фотодиод), электрический сигнал которого при оговоренных выше соотношени х между размерами диафрагмы , поперечными размерами спеклов и периодом интерференционных полос пропорционален средней интенсивности спекл-модулированного рассе нного пол . Путем изменени  во времени разности фаз между когерентными пучками создают подвижные интерференционные полосы. При этом в пределы диафрагмы 5 попеременно

попадают максимумы и минимумы интерференционных полос, которые возбуждают в фоторегистраторе 6 переменный сигнал с амплитудой, пропорциональной контрасту

интерференционных полос. Разность фаз между когерентными пучками в интерферометре блока 3 можно измен ть во времени, например, путем смещени  одного из зеркал интерферометра или путем сдвига частоты одного из пучков, например, с помощью движущейс  дифракционной решетки или акустооптической  чейки.

С фоторегистратора 6 сигнал направл ют в блок 7, где провод т обработку этого

сигнала таким образом, что на выходе блока 7 формируетс  сигнал, пропорциональный величине контраста интерференционных полос

20

и - & ивых - KV - -j- ,

1о

где ивых - сигнал на выходе блока 7,

К - коэффициент пропорциональности, V - контраст интерференционных полос ,

Д| -амплитуда изменени  средней интенсивности спекл-модулированного рассе нного пол ,

То - среднее по времени значение средней интенсивности спекл-модулированного

рассе нного пол .

Сигнал с блока 7 измер ют с помощью индикатора 8 результатов измерени . По сигналу с блока 7 с помощью индикатора 8 суд т -о шероховатости поверхности издели  4.

Таким образом, предлагаемый способ измерени  шероховатости поверхности ос-: нова.н на зависимости контраста интерференционных полос, наблюдаемых в

дифракционной картине рассе нного пол , от степени шероховатости поверхности. При этом установлено, что контраст полос существенным образом зависит не только от степени шероховатости поверхности, но

и от рассто ни  между рассеивающей поверхностью и плоскостью наблюдени , а также от периода интерференционных полос . Это позвол ет управл ть чувствительностью диапазона измерений по данному

способу измерени .

Дл  реализации данного способа необходимо , чтобы период Л интерференционных полос превышал поперечные размеры спеклов (71:

ЛХ71.

В противном случае, когда Л а, в рассе-.  нном спекл-модулированном поле регул рные интерференционные полосы наблюдаютс  только в пределах отдельных

спеклов; при переходе от одного спекла к другому эти полосы хаотически ветв тс , изгибаютс  и испытывают поперечный сдвиг на случайную долю их периода. Поэтому регистраци  интенсивности рассе нного пол  возможна только в пределах одного спекла, и мы приходим к способу, описанному в прототипе.

Принима  во внимание соотношение (1), условие (2) запишем в виде

В то же врем  на величину периода Л интерференционных полос, а, следовательно , и на угол омежду когерентными пучками, необходимо установить условие, ограничивающее минимальное значение этого угла, необходимое дл  реализации данного способа измерени . Очевидно, что, если период полос Л будет превышать по- перечный размер D когерентных пучков, то способ не может быть реализован. Действительно , приЛ D все поперечное сечение когерентного пучка, направл емого на исследуемую поверхность, будет покрывать светла  или темна  интерференционна  полоса . Поэтому подвижные интерференцией- ные полосы будут приводить к одинаковому изменению интенсивности рассе нного пол  вне зависимости от степени шероховато- сти. Таким образом, другое условие, ограничивающее возможные значени  угла а, с учетом соотношени  (1), имеет вид:

.«Из- «

Записыва  совместно соотношени  (3) и (4), получим полное необходимое условие реализации предлагаемого способа измерени ,

.(5)

Отметим, что-при приближении значений угла о, к граничным, точность измерений будет уменьшатьс . Поэтому угол а, следует устанавливать в середине интерва- ла, обусловленного соотношением (5).

Цель изобретени  достигаетс  за счет исключени  необходимости механического перемещени  исследуемого объекта и исключени  процедуры статистической обра- ботки результатов измерени , поскольку по данному способу освещаетс  достаточно

Claims (1)

1. прот женный участок поверхности и операци  усреднени , необходима  дл  получени  средних статистических параметров поверхности, выполн етс  автоматически в оптическом тракуе при формм/ровании структуры рассе нного пол  и при фотоэлектрической регистрации интенсивности пол  фоторегистратором с прот женной диафрагмой . При этом в данном способе нет необходимости механического перемещени  и самого фоторегистратора дл  измерени  контраста интерференционных полос, поскольку создаютс  подвижные интерференционные полосы, максимумы и.минимумы которых последовательно попадают в апертурную диафрагму фоторегистратора. Формула изобретени  Способ измерени  шероховатости поверхности издели , заключающийс  в том, что раздел ют когерентное излучение на два когерентных пучка, создают между ними разность фаз, свод т их под углом друг к ДРУУ АО пространственного пересечени  на исследуемой поверхности, наблюдают дифракционную картину в виде рассе нного спекл-модулированного пол  и интерференционных полос в нем, выбирают в качестве единичного элемента интерференционную полосу, измер ют изменение интенсивности в ней и по изменению интенсивности суд т о шероховатости поверхностей издели , отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности измерени , угол между когерентными пучками выбирают из соотношени 

   А-4.

   где А- длина волны когерентного излучени ;

   D - размер поперечного сечени  когерентных пучков;

   а -угол между когерентными пучками; а - поперечный размер спеклов рассе нного спекл-модулированного пол , создают подвижные интерференционные полосы за счет изменени  во времени р|з- ности фаз между когерентными пучками и измер ют изменение средней интенсивности спекл-модулированного пол  в подвижных интерференционных полосах. t

   ji , 8