Измерительный комплекс для контроля шероховатости поверхностей

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и информативности измерений. В измерителе обеспечивается вращение изделия вокруг оси, перпендикулярной зондирующему потоку, и синхронное с ним вращение канала 8 регистрации, в котором одним и тем же фотоприемником 31 регистрируется как зеркальная составляющая светового потока отраженного от шероховатой поверхности изделия, так и несколько диффузных составляющих, что позволяет оценить индикатрису рассеивания . 4 ил,

+k;„) @

;ф 1, - У

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 В 21/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4726235/28 (22) 07.08.89 (4 ) 15.02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Научно-исследовательский институт

"Пonec" (7 ) Ю.И.Гулин, А.Е,Бережной, А.А.Ларова, Г,М.Кривошеев и Я,С.Голуб (56)Авторское свидетельство СССР

N 987381, кл, G 01 В 11/30, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1295215, кл, G 01 В 11/30, 1987 — прототип. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛ Я

КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Изобретение относится к измерительно технике и может быть использовано для из ерения бесконтактным рефлектометриче ким методом двух параметров шероховатости, а также индикатрис отражения и пропускания различных поверхностей, например, в условиях оптического производства.

Известно устройство для измерения шероховатости, содержащее канал формирования зондирующего излучения, канал реГистрации отраженного излучения и механизм для прямолинейного перемещения фотоприемника в плоскости распространения зондирующего и зеркальной составляющ и отраженного излучения.

Данное устройство обладает рядом

1 конструктивных недостатков; Так, например, при перемещении фотоприемника одновременно изменяется и угол регистрации, отраженного излучения, что вносит дополнительную погрешность при сравнении интенсивностей не скол ьких составл я ющих

I отраженного излучения и определение па„„5U„„1795277 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и информативности измерений. В измерителе обеспечивается вращение изделия вокруг оси, перпендикулярной зондирующему потоку, и синхронное с ним вращение канала 8 регистрации, в котором одним и тем же фотоприемником

31 регистрируется как зеркальная составляющая светового потока отраженного от шероховатой поверхности изделия, так и несколько диффузных составляющих, что позволяет оценить индикатрису рассеивания. 4 ил. раметров шероховатости, Зеркальная составляющая отраженного излучения может быть зарегистрирована только при одном значении угла падения зондирующего излучения на поверхность, что при обычной нерегулярной структуре микронеровностей поверхностного слоя приводит к дополнительной погрешности в оценке ее интенсивности. Кроме того, отсутствует возможность регистрации индикатрис отражения и пропускания контролируемой поверхности, что существенно снижает информативность результатов контроля качества поверхностей.

В другом устройстве для измерения шероховатости канал формирования зондирующего излучения и канал регистрации отраженного излучения неподвижны, а объект контроля установлен в механизм перемещения, обеспечивающий его поворот вокруг оси, перпендикулярной к плоскости распространения зондирующего и зеркальной составляющей отраженного излучения и проходящей через контролируемую io÷êó поверхности.

1795277 ции о ее качестве. Эти свойства заявленного изобретения не совпадают также со свойствами других известных технических решений.

На фиг.1 изображен общий вид комплекса; на фиг.2 — кинематическая схема комплекса; на фиг.3 — блок светофильтров комплекса; на фиг.4 — структурная схема комплекса.

Конструкция этого устройства также обладает рядом существенных недостатков.

При регистрации нескольких диффузных составляющих отраженного излучения одновременно изменяется и угол падения 5 зондирующего излучения на подложку, что вносит существенную дополнительную погрешность при сравнении их интенсивностей а, следовательно, и в определение параметров шероховатости. Кроме того, как и в предыдущем устройстве, зеркальная составляющая отраженного излучения может быть зарегистрирована только при одном значении.угла падения зондирующего излучения на поверхность, отсутствует также возможность регистрации индикатрис отражения и пропускания контролируемой поверхности. Однако по совокупности существенных признаков данное устройство наиболее близко к заявляемому и может 20 быть принято в качестве прототипа.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональныхых возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный комплекс для контроля шероховатости поверхностей, содержащий канал формирования зондирующего излучения, канал регистрации отраженного излучения и механизм поворота объекта 30 контроля вокруг оси, перпендикулярной к плоскости распространения зондирующего и зеркальной составляющей отраженного излучения и проходящей через контролируемую точку поверхности, дополнительно 35 снабжен механизмом поворота фотоприемника, регистрирующего отраженное излучение, вокруг той же оси, проходящей через контролируемую точку поверхности.

При этом, угол регистрации отраженно- 40

t o излучения, при любом положении фотоприемника, будет оставаться неизменным, дополнительно появляется воэможность регистрации нескольких значений интенсивностей.зеркальной составляющей отраженного 45 излучения при различных значениях угла падения зондирующего излучения на конт. ролируемую поверхность, а также возможность регистрации индикатрис отражения и пропускания контролируемой поверхности для получения дополнительной информаИзмерительный комплекс для контроля шероховатости поверхностей состоит из последовательно расположенных на основании 1; источника монохроматического излучения 2, диафрагмы 3, блока светофильтров 4, блока поляризации 5, модулятора 6 и линзы 7, оптические оси которых находятся на одной прямой, параллельной основанию, а также фотоприемного устройства 8, установленного с возможностью вращения в горизонтальной плоскости посредством привода вращения 9, механизма сканирования 10 с механизмом его поворота 11 и системы управления 12.

Механизм сканирования 10 состоит иэ предметного столика 13 со сменными центрирующими защитными элементами (на рис. не показаны) и приводов горизонтального 14 и вертикального 15 перемещений, Каждый из приводов 14 и 15 выполнен в виде каретки 16, двигателя 17, червяка 18 и зубчатой рейки 19, причем червяк 18 связан с выходным валом двигателя 17, а зубчатая рейка смонтирована на каретке 16.

Предметный столик 13 смонтирован на каретке 16 привода горизонтального линейного перемещения 14, а последний смонтирован на каретке 16 привода вертикального перемещения 15. Этим обеспечивается сканирование по площади 5х5 мм поверхности, с шагом 0,25 мм, Механизм поворота 11 механизма сканирования 10 выполнен в виде червячной передачи, червяк 20 которой связан с рукояткой регулировочного перемещения (на рис. не показана), а зубчатое колесо 21 связано жестко поводком 22 с осью механизма сканирования 10, установленного на стойке 23, Механизм поворота

11 обеспечивает поворот механизма сканирования в диапазоне от 0 до 60 с шагом

0,5 блок светофильтров 4 состоит из диска

24 с отверстиями, выполненными на равном расстоянии друг от друга по окружности, светофильтров 25 с различными коэффициентами пропускания, размещенными в отверстиях диска 24 и привода вращения 26, состоящего из двигателя, выходной вал которого связан через зубчатую передачу (на рис. не показана) с осью диска 24.

Блок поляризации 5 состоит из полуволновой пластины и поляроида (на рис. не показаны) и обеспечивает излучение линейно-поля ризованного излучения, необходимого только для контроля многослойных поляризационных зеркал.

Фотоприемное устройство 8 размещено на кронштейне 27, смонтированном на стойке 23 и связанном с ведомым зубчатым колесом 28 цилиндрической зубчатой пере1795277

15

35

45

55 дачей привода вращения 9, а ведущее колесо 29 связано с выходным валом двигателя

30, выполненного. например, в виде шагового двигателя; Фотоприемное устройство

8 имеет возможность вращения в диапазоне 7,5-180 с дискретом отсчета 10.

Фотоприемное устройство 8 состоит из фотоприемника 31. основного и дополнительного объективов 32, установленных так, что между ними коллимируется пучок лазерного излучения, из интерференционного светофильтра 33, установленного между объективами для обеспечения помехозащищен ности и из полевой диафрагмы 34,.установленной перед фотоприемником 31 в задней фокальной плоскости дополнительного объектива 32, которая исключает влияние посторонних засветок на работу фотоприемника 31. Размер диафрагмы 34 соизмерим с размером .сфокусированного 20 пятна на измеряемой поверхности, Источником монохроматического излучения 2 является лазер газовый ЛГ-79-1.

Система управления комплекса 12 состоит из блока управления, в.качестве которОго использован вычислительный комплекс ВУМС-28-025, блока усиления 36 и блока регистрации 37, связанных с исполнительными устройствами посредством блока согласования 38. 30

Измерительный комплекс для контроля шероховатости поверхностей работает следующим образом.

Пучок излучения, выходящий из источника монохроматического излучения 2, проходит через диафрагму 3, которая устраняет влияние отраженных бликов от элементов оптической схемы на генерацию лазера, далее — через блок светофильтров

4, модулятор 6 и линзой 7 фокусируется на койтролируемой поверхности в пятно небольших размеров. Поскольку интенсивноСть зеркально-отраженного излучения на пять-шесть порядков больше, чем интенсивноСть диффузно-отраженного излучения, в канал формирования зондирующего излучения введен блок светофильтров 4 для выравнивания уровня сигналов на фотоприемнике 31, Блок светофильтров 4, по команде с блока управления 35, устанавливается с помощью и ривода вращения в одно из двенадцати положений в зависимости от нужной кратности ослабления.

Зеркально отраженное излучение, отразившись от контролируемой поверхности изделия, закрепленного на предметном столике 13 механизма сканирования 10, попадает в фотоприемник 8, установленный по команде с блока управления 35 в положение, соответствующее углу зеркального отражения Оз(), (1)

В фотоприемнике 8 пучок излучения проходит через объективы 32, светофильтр

33, полевую диафрагму 34 и попадает на светочувствительную площадку фотодиода

31, соединенного с блоком усиления 36 и регистрации сигнала 37, где регистрируется интенсивность зеркально отраженного излучения в первом направлении Ij ).

1) Для измерения интенсивностей диффузно-отраженного излучения по команде с блока управления 35 производится последовательное перемещение фотоприемника

8 в положения, соответствующие двум раз-. личным углам диффузного отражения Од1 1) (1) и Од2(). При этом, производится регистрация интенсивностей диффузных составляющих отраженного излучения IA> и )д2 (1) (1)

Затем, по команде с блока управления

35, или в ручном режиме, механизм поворота 11 производит установку изделия в положение, соответствующее другому значению угла падения зондирующего излучения на контролируемую поверхность, цикл измерений повторяется и регистрируется следующая последовательность значений интенсивностей зеркально l3() и. диффузно (2) отраженных lq> и )д2 потоков излучения и т.д. До полУчениЯ значений ф и )д1 )д2(), где I — необходимый объем выборки наблюдений, определяемый из условия уменьшения случайной составляющей погрешности измерения до заданного значения.

Два параметра шероховатости поверхности в контролируемой точке могут быть определены расчетным путем по известной функциональной зависимости, связываю. щей их со значениями интенсивностей зеркально ), и диффузно отраженных )д), I@2

I) () . () потоков излучения (см.например, А,А. Кучин, К.А.Обрадович. Оптические приборы для измерения шероховатости поверхности. Л., "Машиностроение", 1981, с.159): ! 4

= Хч" (sos eg + 1) . sin ЭЦ

14 где о — среднеквадратическое .отклонение высоты микронеровностей от средней линии профиля поверхности, мкм; а- корреляционная длина или "шаг микронеровностей",мкм; (— длина волны зондирующего излучения, мкм, Решение системы уравнений и определение параметров шероховатости <ти а про1795277 изводится автоматически блоком управления 35 по заданной программе.

Перемещение изделия для контроля шероховатости в других точках поверхности осуществляется по командам с блока 5 управления 35 с помощью механизма сканирования 10 по взаимно-перпендикулярным координатам Х и У, Индикатрисы отражения и пропускания поверхности в контролируемой точке реги- 10 стрйруются при неизменном значении угла падения зондирующего излучения на поверхность, близким к нулю и изменении угла

Формула изобретения

Измерительный комплекс для контроля . шероховатости поверхностей, содержащий канал формирования зондирующего излучения, канал регистрации отраженного излучения с фотоприемником и блок обработки 25 сигналов, отличающийся тем,что,с целью повышения точности измерений и установки фотоприемника 8 с помощью механизма перемещения 30 в необходимых пределах.

Использование предложенного изобретения позволяет существенно повысить точность. измерения двух параметров шероховатости различных поверхностей за счет уменьшения случайной погрешности, расширить функциональные возможности и повысить информативность результатов контроля за счет одновременной регистрации индикатрис отражения и пропускания контролируемой поверхности. информативности, он снабжен механизмом перемещения изделия вокруг оси, проходящей через точку контроля и перпендикулярной к оптйческой оси зондирующего канала, и механизмом перемещения канала регистрации на заданном расстоянии вокруг оси поворота изделия, механизмы перемещения и фотоприемник канала регистрации подключены к блоку обработки сигналов.

1795277

3795277

1795277 гА

Составитель А.Бережгой

Редактор В.Трубченко Техред М.Моргентал Корректор Н,Король

Заказ 422 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101