SU1004755A1

SU1004755A1 - Оптический способ измерени высоты шероховатости поверхности объекта

Info

Publication number: SU1004755A1
Application number: SU802982539A
Authority: SU
Inventors: Владимир Евгеньевич Медведев; Анатолий Афанасьевич Поплавский; Олег Константинович Таганов; Вера Андреевна Таганова
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6681
Priority date: 1980-09-15
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1983-03-15

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а точнее.к косвенным бесконтактным оптическим методам измерени высоты шероховатости поверхности , обладающим интерференционной чувствительностью, и может быть использовано во всех отрасл х народного хоз йства.

Известен оптический способ измерени высоты шероховатости поверхности , основанный на св зи -распределени интенсивности в п тнистой интерференционной картине, образующейс при рассе нии когерентного света, с распределением высоты неровностей на рассеивакицей поверх- .

ностй

однако применение известного способа определени высоты шероховатости по контрасту интерференционной картины к сверхгладким поверхност м ограничено снижением контраста с уменьшением высоты неровностей.

Наиболее близким к изобретению вл етс оптический способ измерени высоты шероховатости пове рхности объекта, заключающийс в том, что фокусируют когерентное излучение на исследуемую поверхность, получают дифракционную фигуру рассе ни и

интерференционную картину, перемещают объект в поперечном отнооительно излучени направлении, регистрируют изменение интенсивности интерг ференционной картины в области дифракционной фигуры рассе ни , по которому наход т контраст интерференционной картины, св занный коррел ционной зависимостью, с высотой

10 шероховатости поверхности объекта. Оптическа ось светового пучка вл етс нормалью к исследуемой, поверхности , изменение интенсивности в интерференционной картине регист15 рируют в проход щем свете, в области плоского волнового фронта, в центре дифракционной фигуры рассе ни С23Однако в известном способе за счет регистрации изменени интен20 сивности- интерференционной .картины в проход щем свете исключена возможность исследовани непрозрачных объектов.

Кроме того, способ дает возмож25 ность измерени минимального значени среднекватоэатичного отклонени высоты шероховатости от средней линии профил dp 0,032 мкм при длине волны когерентного света 0,63 мкм.

30 Минимальна измер ема высота шероховатости ограничена малой величиной контраста интерференционной картины Таким образом, известный способ имее низкую чувствительность к высоте шероховатости, меньшей 0,1 длины волны когерентного излучени . Цель изобретени - повышение чув ствительности к высоте шероховатости , меньшей 0,1 длины волны когерент ного излучени . Поставленна цеЛь достигаетс те что согласно способу измерени высоты шероховатости поверхности объекта, заключающемус в том, что фокусируют когерентное излучение на исследуемую поверхность, получают дифрак ционную фигуру рассе ни и интерференционную картину, перемещают объект в поперечном относительно из лучени направлении, регистрируют изменение интенсивности интерференционной картины в области дифракцио ной фигуры рассе ни , по которому наход т .контраст интерференционной картины, св занный коррел ционной з висимостьою с высотой шероховатости поверхности объекта, фокусируют когерентное излучение под углом i 20 к исследуемой поверхности, а изменение интерференционной картины регистрируют в отраженном от исследуе мой поверхности излучени в области сферического фронта волны на краю дифракционной фигуры рассе ни . На чертеже представлена принципи сшьна схема устройства дл реализа ции предлагаемого способа Устройство содержит последовательно расположенные гелий-неоновый лазер 1, сменные калиброванные светофи91ьтры 2, объектив 3, а также непрозрачный экран 4 и приемную сие тему, включакицую последовательно расположенные объектив 5, диафрагил 6 и 7, отрицательную линзу 8, ма товое стекло 9 и фотоэлектронный умножитель 10. Способ осуществл етс следующим образом. Излучение гелий-неонового лазера 1, работающего в одномодовом режиме с длиной волны 0,63 мкм, пол ризованное в плоскости падени , объективом 3 фокусируют на поверхность исследуемого объекта 11 в п тно диа метром 100 мкм. Угол i/g падени излучени на объект 11 срставл ет 14° Отраженный от объекта 11 световой поток регистрируют приемной системо в области сферического фронта волны Измерение интенсивности производ т на краю дифракционной фигуры рассе ни , дл чего получают индика рису отражени путем вращени прием ной системы вокруг исследуемого объ та 11. Регистрацию .изменени интенсивности отраженного потока осуществл ют при фиксированном положеНИИ приемной системы при линейном перемещении исследуемого объекта 11 с сохранением положени нормали в плоскости падени . Статистическую обработку сигнала с фотоэлектронного умножител 10, пропорциональгг: ного изменению интенсивности в ийтерференционной картине при сканировании объекта 11 лучом лазера 1, производ т с помощью ЭВМ. , I Измерени 51ровод т в отраженном свете. Св зь между среднеквадратическим отклонением высоты шероховатости от средней линии профил поверхности о. и дисперсией фазы световой волны (Эф, при взаимодействии ее с поверхностью можно описать выраже ни ми Г2К эсо5 о при отражении - (1) () при пропускании - (2) где /Q - угол падени излучени на объект; - волновое число; п ,п л - показатели преломлени материала объекта и окружающей среды соответственно . Отсюда следует, что стекл нна пластина в воздухе при малом угле падени излучени вызывает изменение фазы световой волны Ц примерно в .4 раза большее при отражении по сравнению с пропусканием. Измерени провод т при угле падени fg излучени на объект . 20Р. На основании выражени (1) увеличение угла 0 падени света приводи к уменьшению фазового отклика на шероховатость поверхности, пропорциональному , cos 20° 0,94. Дальнейшее увеличение угла % приводит к снижению чувствительности способа, в св зи с чем- введено ограничение по углу 1$ 20 Кроме того, увеличение угла падени вызывает, увеличение размера светового п тна на поверхности образца , пропорциональное l/cosfo- Увеличение светового п тна приводит к возрастанию числа рассеивающих центров, .участвующих в образовании п тнистой структуры, что влечет за собой снижение контраста, т.е. также уменьшает чувствительность способа. Условие повышени чувствительности за счет измерени на краю центрального кружка дифракционной фигуры рассе ни найдено экспериментальным путем. Переход к сферическому волновому фронту позвол ет увеличить чувствительность способа. Таким образом, предложенный способ обладает чувствительностью к высоте шероховатости сверхгладких поверхностей . При этом его реализаци

Claims

Формула изобретения

Оптический способ измерения высоты шероховатости поверхности объекта, заключающийся в том, что фокусируют когерентное излучение на исследуемую поверхность, получают дифракционную фигуру рассеяния и интерференционную картину, перемещают объект в поперечном относительно излучения направлении, регистри—·¹руЬт изменение интенсивности интер ференционной картины в области дифракционной фигуры рассеяния, по которому находят контраст интерференционной картины, связанный корреляционной зависимостью с высотой шероховатости поверхности объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности к высоте шероховатости, меньшей 0,1 длины волны когерентного излучения, фокусируют когерентное излучение под углом 4 20° к исследуемой поверхности, а изменение интенсивности интерференционной картины регистрируют в отраженном от исследуемой поверхности излучении в области сферического фронта волны на краю дифракционной фигуры рассея ния.

Источиики информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Франсом М. Оптика спеклов. Перевод под ред. проф. Ю.И.Островскбго. М. , Мир, 1980, с. 129-137.
2. FujuH., Asakura Т., Shlndo I. Measurements of surface ronghness properties by means of laser speckle technlgues. Opties communications, 1976, Rol 16, * 1, pp. 68-73 (проготип)»