SU1702178A1

SU1702178A1 - Device for measuring roughness of polished surface

Info

Publication number: SU1702178A1
Application number: SU894706400A
Authority: SU
Inventors: Юрий Борисович Король; Владимир Петрович Маслов; Владимир Александрович Остафьев
Original assignee: Предприятие П/Я В-2038
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1991-12-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть применено, в частности , дл бесконтактного измерени шероховатости полированных поверхностей . Цель изобретени - повышение точности измерени шероховатости за счет анализа пространственного распределени интенсивности отраженного излучени . Устройство дл измерени шероховатости полированных поверхностей содержит последовательно расположенные на одной оси источник 1 когерентного излучени и объектив 2 дл рокусировки падающего излучени , фотоприемник 4. блок 5 обработки информации и индикации и блок 3 перемещени образца. Фотоприемник имеет возможность поворота в двух взаимно перпендикул рных плоскост х; вокруг зеркально отраженного от образца 8 лазерного луча и вокруг оси, перпендикул рной плоскости падени и проход щей через центр приемной площадки фотоприемника. 1 ил. (Л СThe invention relates to a measurement technique and can be applied, in particular, for the non-contact measurement of the roughness of polished surfaces. The purpose of the invention is to improve the accuracy of roughness measurement by analyzing the spatial distribution of the intensity of the reflected radiation. The device for measuring the roughness of polished surfaces contains successively located on one axis a source of coherent radiation 1 and a lens 2 for focusing the incident radiation, a photodetector 4. an information processing and display unit 5 and a sample moving unit 3. The photodetector can rotate in two mutually perpendicular planes; around a laser beam specularly reflected from sample 8 and around an axis perpendicular to the plane of incidence and passing through the center of the receiving area of the photodetector. 1 il. (Ls

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено, в частности, для бесконтактного измерения шероховатости полированных поверхностей.The invention relates to measuring technique and can be applied, in particular, for non-contact measurement of the roughness of polished surfaces.

Известно устройство для контроля качества поверхностей пластин, содержащее осветитель, электропривод, кинематически связанный с ним предметный столик, расположенный на предметном столике держатель пластины, объектив, фотоприемник с диафрагмой, расположенной в плоскости изображения контролируемой поверхности, последовательно подключенные к фотоприемнику амплитудный дискриминатор и счетчик дефектов, подключенные к выходу датчика перемещений счетчик импульсов датчика перемещений и блок управления, связанный с электроприводом.A device for controlling the quality of plate surfaces, comprising a illuminator, an electric drive, a kinematically connected object stage, a plate holder located on the object stage, a lens, a photodetector with a diaphragm located in the image plane of the controlled surface, an amplitude discriminator and a defect counter connected in series to the photodetector, connected to the output of the displacement sensor, a pulse counter of the displacement sensor and a control unit associated with the electric drive.

Недостатком известного устройства является невысокая достоверность результатов измерений из-за невозможности контроля рассеянной составляющей рабочего светового пучка лучей.A disadvantage of the known device is the low reliability of the measurement results due to the inability to control the scattered component of the working light beam.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее источник когерентного излучения и объектив для фокусировки падающего излучения, последовательно расположенные на пути отраженного от контролируемой поверхности излучения щелевую диафрагму, объектив для фокусировки отраженного излучения и фотоприемник с регистрирующим блоком, систему сканирования, установленную на пути падающего излучения,The closest in technical essence to the invention is a device for controlling surface roughness, containing a source of coherent radiation and a lens for focusing incident radiation, sequentially located on the path of a slit diaphragm reflected from a controlled surface of radiation, a lens for focusing reflected radiation and a photodetector with a recording unit, a scanning system installed in the path of incident radiation,

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения параметров шероховатости вследствие невозможности снятия индикатрисы рассеяния отраженного пучка света.The disadvantage of this device is the low accuracy of measuring the roughness parameters due to the inability to remove the indicatrix of scattering of the reflected light beam.

Цель изобретения - повышение точности измерения шероховатости за счет анализа пространственного распределения интенсивности отраженного излучения.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measuring roughness by analyzing the spatial distribution of the intensity of the reflected radiation.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения шероховатости полированной поверхности образца, содержащее источник когерентного излучения и объектив для фокусировки падающего излучения, последовательно установленные по одной оси, фотоприемник, расположенный на пути отраженного от контролируемой поверхности излучения, блок информации и индикации, снабжено блоком перемещения образца, а фотоприемник установлен с возможностью поворота в двух взаимно перпендикулярных плоскостях - вокруг отраженного от образца лазерного луча, и вокруг оси. перпендикулярной плоскости падения и прохо дящей через центр приемной площадки фотоприемника.This goal is achieved in that the device for measuring the roughness of the polished surface of the sample, containing a source of coherent radiation and a lens for focusing the incident radiation, sequentially mounted on the same axis, a photodetector located on the path of radiation reflected from the controlled surface, an information and indication unit, is equipped with a movement unit sample, and the photodetector is mounted with the possibility of rotation in two mutually perpendicular planes - around the laser reflected from the sample on the beam, and around an axis. perpendicular to the plane of incidence and passing through the center of the receiving platform of the photodetector.

На чертеже представлена принципиальная схема устройстваThe drawing shows a schematic diagram of a device

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, объект ив 2 для фокусировки падающего излучения, блок 3 перемещения образца, фотоприемник 4, блок 5 обработ ки информации и индикации, систему сканирования, состоящую из приводов 6 и 7 поворота. Источник 1 когерентного излучения и объектив 2 расположены на одной оптической оси. Блок 3 перемещения образца позволяет осуществлять подвижки исследуемого образца 8 в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, в двух взаимно перпендикулярных направлениях, при этом возможно проведение контроля в каждой точке исследуемой поверхности образца 8. Фотоприемник 4, в качестве которого применен матричный ПЗС, расположен по ходу отраженного луча и кинематически связан с приводами 6, 7 поворота, при этом ось вращения привода 7 совпадает с зеркально отраженным от исследуемой поверхности лучом, а ось вращения привода б перпендикулярна плоскости падения луча и позволяет осуществлять поворот фотоприемника 4 в плоскости падения луча относительно центральной ячейки фотоприемника 4. Для регистрации пространственных координат индикатрисы рассеяния фотоприемиик 4 вращают посредством привода 7 в пределах Q 360° и поворачивают с помощью привода 6 в небольших пределах, например на угол, равный половине утла отражения (показано среднее и два крайних положения фотоприемника 4). при этом точка пересечения осей вращения совпадает с центральной ячейкой фотоприемника 4. Выход фотоприемника 4 электрически связан со входом блока 5 обработки информации и индикации, в котором осуществляется обработка сигнала и регистрация параметров шероховатости ис следуемого образца 8.The device comprises a coherent radiation source 1, an object 2 for focusing the incident radiation, a sample moving unit 3, a photodetector 4, an information processing and indication unit 5, a scanning system consisting of rotation drives 6 and 7. Coherent radiation source 1 and lens 2 are located on the same optical axis. Block 3 of the movement of the sample allows the movement of the test sample 8 in a plane perpendicular to the plane of incidence of the beam, in two mutually perpendicular directions, while it is possible to control at each point of the studied surface of the sample 8. The photodetector 4, which is used as a matrix CCD, is located along reflected beam and is kinematically connected with rotation drives 6, 7, while the axis of rotation of drive 7 coincides with the mirror reflected from the surface under study, and the axis of rotation of the drive is b perp is ndicular to the plane of incidence of the beam and allows rotation of the photodetector 4 in the plane of incidence of the beam relative to the central cell of the photodetector 4. To register the spatial coordinates of the scattering indicatrix, the photodetector 4 is rotated by means of a drive 7 within Q 360 ° and rotated by a drive 6 within small limits, for example, by an angle equal to half of the reflection angle (the middle and two extreme positions of the photodetector 4 are shown). the intersection point of the rotation axes coincides with the central cell of the photodetector 4. The output of the photodetector 4 is electrically connected to the input of the information processing and indication unit 5, in which the signal is processed and the roughness parameters of the studied sample 8 are recorded.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Луч от ист очника 1 когерентного излучения. пройдя фокусирующий объектив 2, попадает на исследуемый образец 8. Отраженное излучение регистрируется матричным фотоприемником 4. Фотоприемник 4 фиксирует пространственное положение индикатрисы расеяния отраженного излучения путем разворота вокруг оси привода 7 и поворота вокруг оси привода 6, которые задаются циклом измерений по программе. Электрические сигналы с выхода фотоприемника 4. несущие информацию о простран5 ственном распределении индикатрисы рассеяния, поступают в блок 5 обработки информации и индикации, где фиксируются их интенсивности и характер изменения, а также происходит накопление результатов. По окончании цикла измерений осуществляется подвижка исследуемого образца 8 при помощи блока 3 перемещения образца или вручную, или по заданной программе, если необходимо проведение измерений в определенных точках контролируемой поверхности, при этом изменяется индикатриса рассеяния отраженного излучения, и цикл измерений повторяется. Результаты измерений усредняются и сравниваются со значениями, соответствующими индикатрисам эталонных образцов. По результатам сравнения выдается информация о параметре шероховатости исследуемого образца 8.Ray from source 1 of coherent radiation. having passed the focusing lens 2, it hits the test sample 8. The reflected radiation is recorded by a photodetector 4. The photodetector 4 fixes the spatial position of the scattering indicatrix of the reflected radiation by turning around the axis of the drive 7 and turning around the axis of the drive 6, which are set by the measurement cycle according to the program. The electrical signals from the output of the photodetector 4. that carry information about the spatial distribution of the scattering indicatrix, enter the information processing and indication unit 5, where their intensities and nature of the change are recorded, and the results are accumulated. At the end of the measurement cycle, the test sample 8 is moved using the block 3 for moving the sample either manually or according to a predetermined program, if it is necessary to carry out measurements at certain points of the controlled surface, the scattering indicatrix of the reflected radiation changes, and the measurement cycle is repeated. The measurement results are averaged and compared with the values corresponding to the indicatrixes of the reference samples. According to the results of the comparison, information is given on the roughness parameter of the test sample 8.

Claims

Claim

A device for measuring the roughness of a polished surface of a sample, containing a source of coherent radiation and a lens for focusing incident radiation, successively mounted on one axis, a photodetector located on the path reflected from the controlled surface of the radiation, and an information processing and indication unit, characterized in that, for the purpose of to increase the measurement accuracy, it is equipped with a sample displacement unit, and the photodetector is mounted with the possibility of rotation in two mutually perpendicular planes in pyr reflected from the sample laser beam and about an axis perpendicular to the plane of incidence and passing through the center of the photodetector receiving pad.