Способ контроля микрогеометрии поверхности

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет контроля высоты микронеровностей с нулевыми и отрицательными углами профиля. Согласно способу регистрируют интенсивности излучения в двух областях , расположенных симметрично оси подсвечивающего пучка. Соотношение данных интенсивностей связано с высотой миконеровности. 3 ил.

,!Ж,, 1747899 А1 союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК лцзр G 01 В 21/3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ +Û4åâþéö4

1 (21) 4671659/28 (22) 03.04.89 (46) 15.07.92. Бюл. М 26 (71) Р(нститут проблем регистрации инфор; мации АН УССР (72) В.Н.Федоров, Н.П.Дудник. В,Г.Гришко и В.А,Хвалов (53) 531.7 (088,8) (56) Патент Японии N. 62-10361, кл, G 01 В

11/00, 1988. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение 6тносится к контрольноизмерительной технике. Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет контроля высоты микронеровностей с нулевыми и отрицательными углами профиля. Согласно способу регистрируют интенсивности излучения в двух областях, расположенных симметрично оси подсвечивающего пучка. Соотношение данных интенсивностей связано с высотой мик ронеровности. 3 ил, Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для бесконтактного контроля шероховатости поверхности изделий, полученных различными способами механической обработки.

Одной из наиболее сложных проблем современного машиностроения является контроль микрогеометрии изделий бесконтактным методом.

Известны оптические приборы, позволяющие дать интегральную оценку шероховатости поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для бесконтактного измерения грубости поверхности. Устройство содержит фотоприемник, имеющий в блоке формирования изображсния оптический датчик положения, светоизлучатели, расположенные по обе стороны фотоприемнике и имеющие оптические оси, наклоненные под определенным углом к оптической оси фотоприемника. Кроме того, имеются затворы, ФЬ

° °

3 которые поочередно пропускают пучки от светоиэлучателей на измеряемую поверхность, следящий блок управления, который при помощи датчика детектирует отклонения положения светового пятна, попере- в менно создаваемого на поверхности каждым из пучков.

Однако данное устройство не позволяет определить высоту микронеровностей по«. верхности с. отрицательным и нулевым углом профиля, что связано с отсутствием возможности контроля соответствующих уг- 0 лов наклона нормали к исследуемой поверхности следящим блоком управления.

Кроме того. устройство имеет несколько источников излучения, поэтому различие временных излучательных характеристик одна относительно другой приводит к дополнительным погрешностям Определения угла наклона поверхности.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей способа контроля микрогеометрии поверхности эа счет контI747S99 роля высоты микронеровностей с нулевым и отрицательным углом профиля, Поставленная цель достигается способом контроля микрогеометрии поверхно. сти, заключающимся в сканировании 5 лазерного луча по исследуемой поверхно сти в заданном направлении и приеме отраженного от поверхности луча на фотоприемное устройство. В процессе измерения совмещается положение пятна света, соот- 10 ветствующее центру падающего луча, с крайней точкой поверхности в месте измерения высоты, фиксируется при этом распределение интенсивности в дифрагированном поверхностью луче, а глубина 15 профиля определяется из численного решения следующего уравнения:

m = f(h)

m = I /I2 где 11, 12 — соответственно интенсивности. регистрируемые первым и вторым каналами дифференциального фотоприемника; 25

f(h) — функция, устанавливающая связь соотношения 1 /12 с глубиной профиля

Устройство для измерения микрогеометрии поверхности содержит оптически связанные с обьектом контроля источники 30 излучения, оптическую систему и фотоприемный узел, подключенный к входам независимых усилителей. Имеются вычислительный и регистрирующий узлы. Выходы независимых усилителей связаны с функци- 35 ональным преобразователем. фиксирующим отношение их интенсивностей., который связан через ключ с генератором линейно изменяющегося напряжения, генератором тактовых импульсов и счетчиком, 40 определяющим высоту микронеровностей по сигналу нуль-органа; индицированному на индикаторе.

На фиг.1 изображены микрснеровности с отрицательным и нулевым углом; на фиг.2 45 — форма распределения энергии: на фиг.3функциональная схема устройства для кон.троля микрогеометрии.

Пример конкретной реализации предлагаемого способа контроля микрогеомет- 50 рии поверхности эталонных мер настройки и рофилографов-профилометров иллюстрируется с помощью устройства (фиг.3), Излучение лазера 1 через светоделитель 2 фокусируется на исследуемой повер- 55 хности 3 микрообьвктивом 4. Отраженное излучение возвращается через обьектив 4, светоделитель2 и направляется на двухплощадный фотоприемник 5, причем граница раздела фотоприемников ориентирована по оптической оси микрообьектива и перпендикулярна направлению сканирования.

Сигналы с фотоприемника через согласующие предусилители 6 и 7 поступают на регистрирующее устройство 8. Сканируя лучом исследуемую поверхность, фиксируют форму распределения энергии в дифрагированном потоке. Если пятно находится далеко слева или справа от прямоугольного выступа, то форма распределения энергии в диф-. рагированном луче подобна падающему.

Когда пятно начинает "наползать" на прямоугольный выступ или впадину. распределение энергии начинает менять форму. Это происходит до тех flop, пока пятно полностью не пройдет через препятствие. Начало и конец этого процесса фиксируется по нулю сигнала 1(t) = 1 — I;/12. Учитывая симметричность распределения Гаусса в падающем луче, всегда можно определить точку, когда центр луча находится на краю впадины. В записанной форме сигнала эта точка соответствует экстремуму сигнала t2 = (1з — tl)/2, где т)и тз — ближалшие точки, соответствующие нулям функции I = 1(т) (фиг.2), Далее измеряется отношение!i/12 в этол точке t2. Высота микронеровностей связана с сигналом выражением

Jq(xf)dx<

11 М

12

1({хf)dxf о где ф(xf) = pxf) p*(dt) — комплексное сопряжение, P(Xf) -П ЕХР(2> x f J+

+ jf J åõð (— — ) ехр (- j --,(— х

А х,2л к(— — 2h)J

xxf

f где p — диаметр пятна по уровню амплитуды 1/е;

А — амплитуда падающего поля;

Я вЂ” длина волны лазерного излучения;

f — фокусное расстояние микрообъектива;

xf — координата фотопрлемника;

h — глубина, е — основание натурного логарифма, Решая численно уравнение относительно h, находим глубину(высоту) впадины (вы1747899

Составитель И.Берчий

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор M.Ïåòðîâà

Заказ 2493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ступа) с нулевым или отрицательным углом профиля микрогеометрии. В частности, при измерении высоты микронеровностей на . эталонной мере, имеющей микрогеометрию прямоугольной формы (rw О), где а — угол профиля (фиг.Ц, высотой h =- 0,1 мкм отношение интенсивности l /l2 в точке t2 при длине волны лазерного излучения 0,83 мкм составляет 1,306. На основании полученных данных иэ решения уравнения определена высота микронеровностей с нулевым углом профиля, которая составляет 0,1 мкм.

Формула изобретения

Способ контроля микрогеометрии поверхности, заключающийся в сканировании поверхности лазерным лучом, регистрации интенсивности отраженного от поверхности излучения и определении параметров микрогеометрии по зарегистрированной

5 интенсивности,отличающийсятем, что с целью расширения технологических возможностей за счет контроля высоты микронеровностей с нулевыми и отрицательными углами профиля, интенсивность

10 отраженного пучка регистрируют в двух областях, симметричных относительно линии, перпендикулярной направлению сканирования, а высоту микронеровностей определяют по отношению интенсивностей, 15 зарегистрированных в данных областях,