SU1744457A1

SU1744457A1 - Method of estimating distribution of steepness of microunevennesses in rough surface

Info

Publication number: SU1744457A1
Application number: SU894766414A
Authority: SU
Inventors: Александр Григорьевич Ушенко; Мирослав Танасиевич Стринадко; Сергей Борисович Ермоленко
Original assignee: Черновицкий Государственный Университет
Priority date: 1989-10-17
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Изобретение относитс к физической оптике и может быть использовано дл определени распределени крутизны микронеровностей , определ ющих величину напр жени при контакте трущихс поверхностей , а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении, бесконтактном контроле состо ни поверхностей и др. отрасл х науки и техники. Целью изобретени вл етс повышение точности определени распределени крутизны микронеровностей дл шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использовани способа за счет измерени градиента показател преломлени вещества шероховатого объекта. Способ заключаетс в том, что изготавливают реплику шероховатой поверхности, формируют опорный плоский волновой фронт с заданными пол ризационными характеристиками , освещают реплику поверхности, проецируют ее когерентное изображение в плоскость фотосло сквозь анализатор, ось пропускани которого ориентирована под углом 45&deg;. Регистрируют распределение ин- тенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности, измер ют уровни интенсивностей излучени , пропущенного фотографическим транспарантом реплики при поворотах анализатора от 45 до 135&deg; относительно плоскости падени рассчитывают распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности последовательно дл каждого значени угла поворота анализатора . Вычитают уровни интенсивностей света, прошедшего через фотографические транспаранты шлифованной поверхности и ее реплики, и по разности уровней суд т о градиенте преломлени вещества шероховатой поверхности. 1 ил. Ё VI 4 Ь. Јь СЛ Ч The invention relates to physical optics and can be used to determine the distribution of the steepness of microscopic irregularities, which determine the magnitude of the voltage at the contact of the rubbing surfaces, as well as the strength characteristics of the parts, which is important in instrument engineering, non-contact monitoring of surfaces and other aspects of science and technology. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the distribution of the steepness of microroughnesses for rough surfaces with optical anisotropy, as well as expanding the field of application of the method by measuring the refractive index gradient of the substance of a rough object. The method consists in making a replica of a rough surface, forming a reference flat wave front with given polarization characteristics, illuminating the replica of the surface, projecting its coherent image into the photoflo plane through the analyzer, the transmission axis of which is oriented at an angle of 45 °. The distribution of the intensities is recorded in the coherent image of the rough surface replica, the levels of the intensities of the radiation missed by the photographic transparency of the replica when turning the analyzer from 45 to 135 ° C are measured. relative to the plane of incidence, the distribution of the asperity steepness of the rough surface replica is calculated successively for each value of the angle of rotation of the analyzer. Subtract levels of intensity of light transmitted through photographic transparencies of a polished surface and its replica, and judging by the difference in the levels, the refractive gradient of the substance of a rough surface is judged. 1 il. Ё VI 4 b. N SL H

Description

Изобретение относитс к физической оптике и может быть использовано дл определени распределени крутизны неровностей , определ ющих величину напр жени при контакте трущихс поверхностей , а также прочностные характеристики деталей, что актуально в приборостроении , машиностроении, бесконтактном контроле состо ни поверхности и однородности материала издели , а также в других отрасл х науки и техники.The invention relates to physical optics and can be used to determine the distribution of the steepness of the irregularities that determine the magnitude of the voltage at the contact of the rubbing surfaces, as well as the strength characteristics of the parts, which is important in instrument making, mechanical engineering, non-contact monitoring of the surface condition and uniformity of the product material, as well as in other areas of science and technology.

Известен р д оптических способов измерени параметров рельефа поверхности издели , базирующихс на определении в реальном масштабе времени высотных и шаговых параметров по когерентному изображению поверхности.A number of optical methods are known for measuring surface features of an article based on real-time determination of altitude and stepping parameters from a coherent surface image.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ измерени распределени кру- тизны неровностей, основанный на проецировании когерентного изображени поверхности в плоскость регистрации, в которой размещаетс фотослой, регистрировании сквозь пол ризатор-анализатор такого изображени , проецировании на полученный транспарант-фильтр сквозь анализатор, ось пропускани которого вращаетс , изображени шероховатой поверхности , измерении изменени светового потока, прошедшего сквозь транспарант в зависимости от угла поворота анализатора, по которому рассчитывают распределение крутизны микронеровностей.The closest to the invention is a method for measuring the distribution of the steepness of irregularities, based on projecting a coherent image of a surface into a registration plane in which a layer is placed, registering such an image through a polarizer analyzer, projecting it on the resulting transparency filter through the analyzer, the transmission axis of which rotates, images of a rough surface, measuring changes in the luminous flux that has passed through a transparency depending on the angle of rotation analyzer a, which is used to calculate the distribution of the steepness of asperities.

Недостатком способа вл етс невозможность определени величины двулучеп- реломлени А п, искажающей истинные значени крутизны микронеровностей. С другой стороны,.параметр An вл етс важнейшим при анализе оптических свойств стекол, полупроводников, фианитов и др. объектов, используемых в оптическом и полупроводниковом приборостроении.The disadvantage of this method is the impossibility of determining the magnitude of birefringence of A p, which distorts the true values of the asperity steepness. On the other hand, the An parameter is the most important in analyzing the optical properties of glasses, semiconductors, cubic zirconias, and other objects used in optical and semiconductor instrumentation.

Целью изобретени вл етс повышение точности определени крутизны микронеровностей дл шероховатых поверхностей, обладающих оптической анизотропией, а также расширение области использовани способа за счет измерени градиента показател преломлэни вещества шероховатого объекта.The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the steepness of asperities for rough surfaces with optical anisotropy, as well as expanding the field of application of the method by measuring the refractive index gradient of the substance of a rough object.

Это достигаетс тем, что освещают реплику шероховатой поверхности, регистрируют распределение интенсивностей в ее когерентном изображении, осуществл ют его пол ризационную фильтрацию, определ ют распределение крутизны микронеровностей реплики шероховатой поверхности, а о градиенте показател преломлени вещества шероховатого объекта суд т по разности уровней интенсивностей света после пол ризационной фильтрации когерентных изображений шероховатого объекта и его реплики.This is achieved by illuminating the replica of the rough surface, recording the distribution of intensities in its coherent image, performing its polarization filtering, determining the distribution of the steepness of the irregularities of the replica of the rough surface, and judging the gradient of the refractive index of the substance of the rough object polarization filtering of coherent images of a rough object and its replica.

На чертеже приведена схема устройства , реализующего предложенный способ.The drawing shows a diagram of the device that implements the proposed method.

Устройство содержит источник 1 излучени , четвертьволновую пластинку 2, пол ризатор 3, коллиматор 4, светоделитель 5, поворотное зеркало б, реплика шероховатой поверхности 7, проекционные объективы 8, 19, фотографический транспарант 10 реплики шероховатой поверхности, анализаторы 11, 12, фотоэлектронные умножители 13,14, конденсаторы 15, 16, блок 17The device contains a radiation source 1, a quarter-wave plate 2, a polarizer 3, a collimator 4, a beam splitter 5, a swivel mirror b, a replica of a rough surface 7, projection lenses 8, 19, a photographic transparency 10 replicas of a rough surface, analyzers 11, 12, photomultipliers 13 , 14, capacitors 15, 16, block 17

сравнени сигналов, вырабатываемых фотоумножител ми 13, 14, фотографический транспарант 18 шероховатой поверхности, шероховатую поверхность 19.comparing the signals produced by photomultipliers 13, 14, photographic transparency 18 of a rough surface, rough surface 19.

Устройство работает следующим обра0 зом. На вход устройства поступает излучение одномодового лазера ЛГН-215 (источник излучени 1). Четвертьволнова планка 2 преобразует линейную пол ризацию лазерных колебаний в циркул рную. . Пол ризатор 3 формирует плоскость пол 5 ризации лазерных колебаний под углом 45° относительно плоскости падени . Коллиматор 4 преобразует исходную лазерную волну в пучок с плоским волновым фронтом, который делитс светоделителем 5 на два; опорный и объективный.The device works as follows. The device enters the input radiation of a single-mode LGN-215 laser (radiation source 1). A quarter-wave strip 2 converts the linear polarization of laser oscillations into circular. . The polarizer 3 forms the plane of polarization of the laser oscillations at an angle of 45 ° relative to the plane of incidence. The collimator 4 converts the initial laser wave into a beam with a plane wave front, which is divided by the beam splitter 5 into two; supporting and objective.

0 ь опорном канале освещающий лазерный пучок с помощью поворотного зеркала 6 направл етс на реплику шероховатой поверхности 7. Сформированное таким образом когерентное изображение репликиThe reference channel illuminates the laser beam using a rotating mirror 6 and directs it to a replica of a rough surface 7. The coherent image of the replica thus formed

5 проецируетс объективом 8 в плоскость регистрации , в которой расположен фотореги- стрирующий транспарант 10, а перед ним находитс анализатор 11, ось пропускани световых колебаний которого ориентирова0 на под углом 45° относительно плоскости падени . Фотослой регистрирует распределение интенсивностей в когерентном изображении реплики шероховатой поверхности.5 is projected by the lens 8 into the registration plane in which the photoregistration transparency 10 is located, and in front of it is the analyzer 11, the transmission axis of the light oscillations of which is oriented at an angle of 45 ° relative to the plane of incidence. The photo layer records the intensity distribution in the coherent image of a replica of a rough surface.

5 Далее с помощью вращающегос анализатора в угловых пределах 45-135° относительно плоскости падени формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах коррел ции когерентного5 Then, using a rotating analyzer in the angular limits of 45-135 ° relative to the plane of incidence, form various projections of the plane of light oscillations in the correlation zones of coherent

0 изображени реплики шероховатой поверхности и пропускают их через транспарант- маску. Конденсатор 15 концентрирует пропущенный световой поток на вход ФЭУ 13, который измер ет уровень изменени 0 images of a replica of a rough surface and pass them through a transparency mask. The capacitor 15 concentrates the transmitted light to the input of the PMT 13, which measures the level of change.

5 интенсивности,5 intensity

В объектном канале реализуютс аналогичные операции. Когерентное изображение исследуемого шероховатого объекта 19 с помощью проекционного объектива 18In the object channel, similar operations are implemented. Coherent image of the studied rough object 19 using a projection lens 18

0 проецируют сквозь анализатор 12, ось пропускани осевых колебаний которого ориен- тирована под углом 45° относительно плоскости падени , в плоскость фотосло , который регистрирует распределение ин5 тенсивностей в когерентном изображении исследуемого шероховатого объекта. С помощью вращающегос анализатора 12 в угловых пределах 45-135° относительно0 is projected through the analyzer 12, the axis of transmission of axial oscillations of which is oriented at an angle of 45 ° relative to the plane of incidence, into the plane of the photo layer, which records the distribution of intensities in the coherent image of the rough object under study. Using a rotating analyzer 12 in the angular range of 45-135 ° relative to

плоскости падени формируют различные проекции плоскости световых колебаний в зонах коррел ции когерентного изображени шероховатого объекта и пропускают их через транспарант-маску. Конденсатор 16 концентрирует пропущенный световой по- ток на вход ФЭУ 14, который измер ет уровень интенсивности. Блок сравнени 17 сигналов, выработанных ФЭУ 13 и 14, осуществл ет вычитание сигналов синхронно дл каждого значени угла поворота знали- заторов 11 и 12.the plane of incidence form different projections of the plane of light oscillations in the zones of correlation of the coherent image of a rough object and pass them through a transparency mask. The capacitor 16 concentrates the transmitted light flux to the input of the PMT 14, which measures the intensity level. The comparison unit 17 of the signals produced by the PMT 13 and 14 subtracts the signals synchronously for each value of the angle of rotation of known jammers 11 and 12.

На основании полученных данных рассчитываютс распределение крутизны микронеровностей и градиент показател преломлени шероховатой поверхности. On the basis of the data obtained, the distribution of the asperity steepness and the refractive index of the rough surface are calculated.

Предлагаемый способ повышает точность определени крутизны при наличии эффектов двулучепреломлени на один пор док . При этом расшир ютс функциональные возможности способа, состо щие в одновременном получении информации о крутизне микронеровностей и о величине показател двулучепреломлени вещества объекта.The proposed method improves the accuracy of determining the steepness in the presence of birefringence effects by one order of magnitude. This expands the functionality of the method, which consists in simultaneously obtaining information on the steepness of microscopic irregularities and on the magnitude of the birefringence index of the substance of the object.

Claims

Invention Formula

The method of determining the distribution of the micron-irregularity steepness of the rough surface of an object, which consists in irradiating the object under study with a plane-polarized laser beam with a polarization azimuth of 45 ° relative to

the plane of incidence, projecting a coherent image of the object surface into the plane of the photosensitive layer through the analyzer, the transmission axis of which is oriented at an angle of 45 °, register the intensity distribution in the coherent image of a rough object, measure the intensity levels of the radiation transmitted through the photographic transparency when the analyzer turns from 45 135 and determine the distribution of the steepness of the asperities of the surface of a rough object, characterized in that, in order to increase the For determining the parameter for rough surfaces with optical anisotropy, as well as expanding the information content of the method by measuring the gradient of the refractive index of the substance of a rough object, illuminate the replica of the rough surface, record the intensity distribution in its coherent image, carry out its polarization filtering distribution of the roughness of the roughness of the replica of a rough surface, and the gradient of the refractive index of the substance is rough The object is judged by the difference in light intensity levels after polarization filtration of a rough object and its replica.

gz

sixteen