Способ контроля микродефектов поверхности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 176388 51)50 01 В 1/ КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННПО ИЗОБРЕТЕНИПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Астраханский научно-исследовательский и технологический институт вычислительных устройств(56) В.Р.НбеЬгапб, Р.1,0 огбоп апб Е.КАПеппмгцвем Фог Меазцгпо йе ВоцдЬпезз о 1зцрегзгпоой зцг 1 асез - АррПеб ортсз, ч,13,В 1, апцагез, 1974, р, 177 - 180,СаПз - Ре 1 ег- Оагг, ТЬогпоз зе Ьег ет аНсоарцтег Абеб.азег зсап зегпзог Фог орбсаМсгобе 1 ест Оетестоп апб саззейсабоп -5-Ф,пс,/МЕКО Яцгпр птеП Меаз епа цпе10 - 14, 1986, М. 1, ч.2, р. 240 - 242.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МИКРОДЕФЕКТОВ ПОВЕРХНОСТИ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано длянеконтактного и неразрушающего контролямикродефектов. на сверхгладких поверхно,оь Ы СО ,00 (Л особ опклонен хгладк в том.поверх лельнь омагни Вности й пове ределения среднеия высот микронеих поверхностей, что направляют на ностью под острым й пучок монохроматного излучения, из иизлучения, рхностьюсоответстИзобретениеной технике и можнеконтактного и нкачества зеркальн остей.Известен спквадратичного отровностей сверзаключающийсяконтролируемуюуглом к ней паралтического электрмеряют интенсиотраженного это относится к измерительет быть использовано дляеразрушающего кднтроляых (сверхгладких) поверх стях изделий, Цель изобретения - повыше-ние точности контроля за счет непосредственного измерения величины о и использования циркулярно поляризованного излучения, Последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности узкий пучок циркулярно поляризованного монохроматического алектромагнитного излучения и на каждом участке одновременно измеряют интенсивности излучения падающего на поверхность и отраженного ею в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, По результатам этих измерений судят о площади среднеквадратичной высоте микронеровностей, а также об их форме. При этом не требуется каких-либо априорных предположений о характере спектра 3 шероховатости контролируемой поверхности. ,посоо позволяет также обнаруживать инородные микровключения в поверхности и отличать их от микронеровностей. 1 ил,венно в зеркальном направлении и в направлении, отличном от зеркального, проводят эти измерения для эталонного образца с известным среднеквадратичным отклонением высот микронеровностей при прочих равных условиях и определяют среднеквадратичное отклонЕние высот микроне- ровностей контролируемой поверхности путем сравнения результатов измерений.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения и классификации микродефектов. Этот способ заключается в том, что фокусируют на контролируемую поверхность по нормали к ней пучок монохроматического электромагнитного излучения и измеряют интенсивности 1 з и Ь излучения, отраженного этой поверхностью соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального. По результатам этих измерений можно оценить размеры и форму микродефекта.Недостатком данного способа является то, что в нем не учитывают состояние поляризации излучения, падающего на контролируемую поверхность, и не измеряют интенсивность этого излучения, что снижает точность контроля параметров микродефекта.Целью изобретения является повышение точности контроля, что позволит получать достоверные сведения о среднеквадратичной высоте микродефекта, равной среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в области микро- дефекта, и его площади,С этой целью для облучения контролируемой поверхности используют циркулярно поляризованное монохроматическое электромагнитное излучение из измеряют интенсивность 1 о излучения, падающего на эту поверхность, Необходимость измерения величины 1 о обусловлена тем, что она входит в расчетные формулы, а использование циркулярно поляризованного излучения исключает из этих формул азимутальные углы, что приводит к повышению точности контроля.Устройство (см. чертеж), реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 линейно поляризованного монохроматического электромагнитного излучения (лазер), последовательно расположенные прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластинку 2, установленную под углом 45 к направлению излучения, диафрагму 3, четвертьволновую фазовую пластинку 4, установленную так, что ее оптическая ось составляет с плоскостью поляризации излучения угол, равный 45, фокусирующий объектив 5, сферическую фотоматрицу 6, фотодачики 7 и 8 с диафрагмами 9 и 10 и ослабителями интенсивности 11 и 12, На чертеже также показаны контролируемая поверхность 13, полярные, углы между нормалью к поверхности 13 и направлениями отражения к краю объектива 5 и к центрам первого и 1-го фотодатчиков матрицы 6 соответственно 60, 01, й, приращение Ьд полярного угла, соответствующее двум соседним фотодатчикам матрицы б, расположенным в одной плоскости наблюдения, диаметры диафрагм 3, 9, 10 и входного окна фотодатчика12 д)41 И, 240где Л К =(27 г/Л) з 1 п О- вектор шероховатости, Я (ЛК) - спектральная функция шероховатости, Иц - функция излучения элементарных поверхностей диполей, л=3,14. При использовании циркулярно поляри зованного излучения выражение для 1 И/не содержит азимутал ьного угла и имеет вид 1 И/1 =8(1+созй)для металла и Я 1 = (я) (1 + соз Й)/2 для диэлектрика, где едиэлектрическая проницаемость. После этого определяют участок с наименьшим значением величины о, который принимают за бездефектный, Площадь М микродефекта рассчитывают по формулеэ - 1 з55 1 о Взгде 1 э - интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, Я - коэффициент зеркального отражения контролируемой по 5 10 15 20 25 30 35 матрицы 6 соответственно б и О, радиус кривизны фотоматрицы оа, электрический вектор излучение Е.Предлагаемый способ реализуется следующим образом.Направляют пучок излучения от источника 1 через пластинку 2, диафрагму 3, фазовую пластинку 4 и объектив 5 на контролируемую поверхность по нормали к ней. Излучение, отраженное контролируемой поверхностью в различных направлениях, отличных от зеркального, попадает на фотоматрицу 6. Часть излучения от источника 1 после отражения от пластинки 2 попадает на фотодатчик 7, а часть излучения, зеркально отраженного контролируемой поверхностью, после отражения от противоположной стороны пластинки 2 попадает на фотодатчик 8 соответственно через диафрагмы 9 и 10 и ослабители интенсивности 11 и 12. С помощью фотодатчиков матрицы б измеряют интенсивности 4;), а с помощью фотодатчиков 7 и 8 измеряют интенсивности 1 о иэ излучения. Проводят эти измерения последовательно на разных участках контролируемой поверхности. Для каждого облученного участка находят отношения Л 11/1, ЛЯ где 1,- целочисленные значения; ЛИ - малый телесный угол, определенный входным окном фотодатчика матрицы б, и рассчитывают среднеквадратичное отклонение о высот микронеровностей путем численного интегрирования с помощью известных соотношенийо =2 л 3 ЛК Я(ЬК)д(ЛК), (1)верхности, Я - величина облучаемой площади.Для определения среднеквадратичной высоты одеф микродефекта модифицируют соотношение (2) путем замены в нем 1, на отношение(13 - 3)/Вз, имеющее смысл интенсивности излучения, падающего на микродефект, и 1 на разность 1 - Ы, где К = 1 - М/Я, имеющую смысл интенсивности излучения, рассеянного микродефектом. Затем для каждого дефектного участка находят отношенияВ Ь 1 - 1 ЬЯ 1," - 4)/Ьй,где Л 11 - интенсивность отражения от бездефектного участка в том же направлении, что и Ь 11, и по этим отношениям с помощью (1) и модифицированного соотношения 2) численным интегрированием рассчитывают величину одеф2.Формула изобретения Способ контроля микродефектов поверхности, заключающийся в том, что последовательно фокусируют на различные участки контролируемой поверхности по нормали к ней пучок монохроматического электромагнитного излучения, измеряют на каждом участке интенсивности 1, и Л 1 излучения, отраженного от контролируемой поверхности соответственно в зеркальном направлении и в различных направлениях, отличных от зеркального, внутрь одинаковых телесных углов ЛЯ и рассчитывают параметры микродефектов поверхности, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 5 точности контроля, используют циркулярнополяризованное излучение, измеряют интенсивность 1 О излучения, падающего на контролируемую поверхность, находят для каждого облученного участка контролируе мой поверхности отношения Ж 1/ЬЛЙ ипо ним рассчитывают среднеквадратичное отклонение о высот микоонеоовностей, определяют участок с наименьшим значением величины сГ который принимают за 15 бездефектный, находят отношение (эв1 з)/оВ 3, где 1 з - интенсивность излучения, отраженного в зеркальном направлении бездефектным участком, В, - коэффициент зеркального отражения поверхности, и по 20 этому отношению рассчитывают площадьМ микродефекта, затем находят отношения Вз(Л 1 - М Ь 11)/(1 з - 1 з) Ьй, где Ь 1; - интенсивность отражения от бездефектного участка поверхности К = 1 - М/Я, - 1 и ) - 25 целочисленные значения, Я - величина облученной площади, и по ним рассчитывают среднеквадратичную высоту сРд,ф микро- дефекта, равную среднеквадратичному отклонению высот микронеровностей в 30 области микродефекта,