Способ контроля микрогеометрии поверхности

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 174 А 1 В 21 ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) институт пробмации АН УССР(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МИКРОГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТИ(57) Изобретение 6 тносится 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,%26ем регистр н о ишко.Дудник. кл,001 В М 62-1036 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначенодля бесконтактного контроля шероховатости поверхности изделий, полученных раз- .личными способами механической обработки,Одной из наиболее сложных проблемсовременного машиностроения являетсяконтроль микрогеометрии изделий бесконтактнцм методом,Известны оптические приборы, позволяющие дать интегральную оценку шероховатости поверхности.Наиболее близким к предлагаемому яв-.ляется устройство для бесконтактного измерения грубости поверхности. Устройствосодержит фотоприемник, имеющий в блокеформирования изображсния оптическийдатчик положения, светоизлучатепи, расположенные по обе стороны фотоприемнике иимеющие оптические оси, наклоненные подопределенным углом к оптической оси фотоприемника. Кроме того, имеются затворы,которые поочередно пропускают пучки от светоиэлучателей на измеряемую поверхность, следящий блок управления, который при помощи датчика детектирует отклонения положения светового пятна, попере- а менно создаваемого на поверхности каждым из пучков.Однако данное устройство не позволяет определить высоту микронеровностей поверхности с отрицательным и нулевым углом профиля, что связано с отсутствием возможности контроля соответствующих уг лов наклона нормали к исследуемой поверхности следящим блоком управления. Кроме того, устройство имеет несколько ис- д точников 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 контроля высоты микронеровностей с нулевым и отрицательным углом профиля,Поставленная цель достигается способом контроля микрогеометрии поверхности, заключающимся в сканировании 5 лазерного луча по исследуемой поверхности в заданном направлении и приеме отраженного от поверхности луча на фотоприемное устройство. В процессе измерения совмещается положение пятна света, соот 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:т=Щ20гл =1/12где 1, 12 - соответственно интенсивности,регистрируемые первым и вторым каналамидифференциального фотоприемника; 25ЯЬ) - функция, устанавливающая связьсоотношения 11/12 с глубиной профиляУстройство для измерения микрогеометрии поверхности содержит оптическисвязанные с обьектом контроля источники 30излучения, оптическую систему и фотоприемный узел, подключенный к входам независимых усилителей. Имеются вычислительный и регистрирующий узлы. Выходынезависимых усилителей связаны с функциональным преобразователем, фиксирующим отношение их интенсивностей,, который связан через ключ с генераторомлинейно изменяющегося напряжения, генератором тактовых импульсов и счетчиком, 40определяющим высоту микронеровностейпо сигналу нуль-органа; индиь 1 ированномуна индикаторе.На фиг.1 изображены микрснеровностис отрицательным и нулевым углом; на фиг,2 45- форма распределения энергии: на фиг.Зфункциональная схема устройства для кон.троля микрогеометрии,Пример конкретной реализации предлагаемого способа контроля микрогеометрии поверхности эталонных мер настройкии рофилографов-профилометров иллюстрируется с помощью устройства (фиг.З),Излучение лазера 1 через светоделитель 2 фокусируется на исследуемой поверхности 3 микрообьвктивом 4. Отраженноеизлучение возвращается через обьектив 4,светоделитель 2 и направляется на двухплощадный фотоприемник 5, причем границараздела фотоприемников ориентирована по оптической оси микрообьектива и перпендикулярна направлению сканирования. Сигналы с фотоприемника через согласующие предусилители б 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 дифрагированном луче подобна падающему, Когда пятно начинает "наползать" на прямоугольный выступ или впадину, распределение энергии начинает менять форму, Это происходит до тех пор, пока пятно полностью не пройдет через препятствие, Начало и конец этого процесса фиксируется по нулю сигнала 1(т) = 1 - 11/12 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 12 = (тз - т 1)/2, где т 1 и тз - ближайшие точки, соответствующие нулям функции 1 = Щ (фиг,2), Далее измеряется отношение 1/12 в этой точке т 2. Высота микронеровностей связана с сигналом выражениемс(х г) д х1 м121 1( х 1 ) г 1 х 1огде ф(хг) = у(х) р(б 1) - комплексное сопряжение,Р( г) - -ехр- )++ру 3 ехр-- ) ехр -) - ; - х А х,2 л к( -- 2 Ьххахгде р - диаметр пятна по уровню амплитуды 1/е;А - амплитуда падающего поля;Л - длина волны лазерного излучения;1 - фокусное расстояние микрообъектива;х 1 - координата фотоприемника;1 - глубина, е - основание натурного логарифма,Решая численно уравнение относительно Ь, находим глубину(высоту) впадины (выставитель И.Берчийхред М Моргентал Корректор Э.Лончако Редактор М,Петрова аказ 2493Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, Москваоеытиям при ГКНТ СС Подпи по изобретениям и от -35, Раушская наб 4 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ступа) с нулевым или отрицательным углом профиля микрогеометрии. В частности, при измерении высоты микронеровностей нэ . эталонной мере, имеющей микрогеометрию прямоугольной формы (а= О), где а - угол профиля (фиг.1), высотой и = 0,1 мкм отношение интенсивности 11/Ь в точкепри длине волны лазерного излучения 0,83 мкм составляет 1,306. На основании полученных данных из 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,