Способ измерения геометрических параметров поверхности в интерференционном профилографе белого света

)4 С 0 1/00 ЗСРГРЖ;"ц 1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г 1 сй есЬп 11 с В 7,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТИ В ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОМ ПРОФИЛОГРАФЕ БЕЛОГО СВЕТА(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения профиля и шероховатости поверхности, а также дляопределения толщины тонких пленок.Цель изобретения - повышение точности измЕрений за счет исключения погрешностей, связанных с переходнымипроцессами при автоподстройке и флуктуациями разности хода плеч интерферометра, Сущность способа заключаетав)ВОа) 1 298542 ся в построчном сканировании интерференционного поля, преобразованииполученного фотоэлектрического сигнала, сравнении его с сигналом фиксированной длительности и формированиисигнала расстройки, пропорционального разности длительностей сравниваемых сигналов, изменении разности хода интерферирующих лучей в стбронууменьшения сигнала расстройки, Цельдостигается за счет введения операций формирования сигнала допустимойошибки и сравнения сигнала расстройки с сигналом допустимой ошибки, врезультате которого весь цикл операций повторяется, если сигнал расстройки больше сигнала допустимой ошибки.Для последующей обработки используются лишь те значения разности ходаинтерферирующих лучей, при которыхподстройка произошла с заданной точностью, а все результаты, связаннЫес переходными процессами подстройкии флуктуациями разности хода, исключаются из расчетов геометрическихпараметров поверхности. 2 ил,129854Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения профиля и шероховатости поверхности, а также для определения толщины тонких пленок. 5Цель изобретения - повьппение точности измерений эа счет исключения погрешностей, связанных с переходньпчи процессами при автоподстройке и флуктуациями разности хода плеч ин терферометра.На фиг.1 приведены диаграммы напряжения на выходе датчика перемещения опорного зеркала (а) и сигналов расстройки (б); на фиг,2 - блок-схема 5 устройства, реализующего способГенератор 4 модулирующего напряжения приводит в периодическое движениемодулятор 3, на котором закреплено опорное зеркало 2 интерферометра 1. Диссекторный фотоприемник 5осуществляет построчное сканированиеполученного интерференционного поляинтерферометрав каждом периоде модуляции. На выходе диссекторного фотоприемника 5 возникает фотоэлектрический сигнал, полученный в резуль, тате преобразования интерференционнойкартины в и-м сечении интерференционного поля, Блок 7 измерения положения ахроматической полосы выделяетпик поступившего на вход сигнала,связанного с ахроматической полосой иформирует сигнал, пропорциональныйвременному положению центра ахроматической полосы относительно началаразвертки. Формирователь 8 формируетсигнал, длительность которого не изменяется, Сигналы с выходов блока 7и формирователя 8 поступают на входформирователя 9 сигнала расстройки,который формирует импульс, пропорциональный разности длительностейвходных сигналов, т.е. пропорциональный смещению пика сигнала, полученного на выходе фотоприемника, 5, относительно положения, выбранного припомощи сигнала фиксированной длительности за начальное, За начальное положение центра ахроматической полосы,относительно которого производитсяавтоподстройка, принимается то положение, когда длительности сигналов,сформированных блоком 7 и формирователем 8, равны. Сигнал расстройки подается на генератор 10 компенсирующего напряжения, который в зависимости от знака и величины расстройкиформирует напряжение соответствующего уровня, которое подается на модулятор 3 с таким знаком, чтобы в результате смещения опорного зеркала 2сигнал расстройки уменьшался до нуля.Перемещение опорного зеркала непрерывно измеряется датчиком 11 перемещения. Формирователь 2 сигнала допустимой ошибки формирует сигнал,длительностькоторого задает максимальный сигнал расстройки,Способ реализован устройством, которое содержит интерферометр 1 белого света, опорное зеркало 2 интерферомет 20 ра 1, модулятор 3, закрепленный на зеркале 2, генератор 4 модулирующего напряжения, диссекторный фотоприемник 5, генератор 6 отклоняющего напряжения, блок 7 измерения положения ахроматической полосы, формирователь 8Фсигнала Фиксированной длительности, формирователь 9 сигнала расстройки, генератор 10 компенсирующего напряжения, датчик 11 перемещения опорного зеркала, формирователь 12 сигнала допустимой ошибки, блок 13 сравнения, вычислительный блок 14, Интерферометр 1 оптически связан с диссекторным фотоприемником 5, отклоняющая система которого связана с входом генератор 6 отклоняющего напряжения, а выход - с блоком 7 измерения положения ахроматической полосы, выход которого под 40 ключен к первому входу формирователя 9 сигнала расстройки, к второму входу котороо подключен формирователь 8 сигнала Фиксированной длительности.Выход Формирователя 9 сигнала расстройки связан с входом блока 13 сравнения45 и с входом генератора 10 компенсирующего напряжения, выход которого связан с модулятором 3, к которому подключен также генератор 4 модулирующего напряжения, Вход датчика 11 перемещения опорного зеркала связан с опорным зеркалом 2, а его выход - с первым входом вычислительного блока 14, к второму входу которого подключен блок 13 сравнения, а выход вычис лительного блока 14 связан с генератором 6 отклоняющего напряжения. Формирователь 12 сигнала допустимой 2 2ошибки подключен к второму входу блока 13 сравнения,Способ и работа устройства осуществляются следующим образом.3 1985В блоке 13 осуществляется сравне -ние сигнала допустимой сшибки, сформированного формирователем 12, и сигнала расстройки, сформированного формирователем 9,5Если сигнал расстройки меньше величины, заданной формирователем 12,блок 13 сравнения формирует сигналуправления, который подается на вычислительный блок 14, и показачия дат.10чика 11 перемещения опорного зеркалазаписываются в память вычислительного блока 14.Если сигнал расстройки больше сигнала допустимой ошибки, производится 15автоматическая подстройка, заключающаяся в дополнительном изменении разности хода интерферирующих лучей всторону уменьшения сигнала расстройки, преобразовании фотоэлектрического сигнала, полученного на выходе фотоприемника 5 при сканировании тогоже и-го сечения интерференционногополя в блоке 7, сравнении его с сигналом фиксированной длительности и25формировании последующего сигналарасстройки, сравнении его с сигналомдопустимой ошибки, Эти операцни производятся до тех пор, пока сигналрасстройки не станет меньше сигналаьдопустимой ошибки. Тогда блок 13сравнения сформирует сигнал управления и в память вычислительного блока14 попадают только те отсчеты датчика 11 перемещений, когда отклонение З 5центра ахроматической полосы от начального положения не превышает заданной величины, которая может бытьвыбрана достаточно малой.После того, как в данном сеченииинтерференционного поля сделано необходимое для статистического усреднения число отсчетов, вычислительныйблок 14 выдает команду на отклоняющую систему фотоприемника 5 и произ 45водится измерение в следующем сечении,Пусть в и-м сечении интерференционного поля в результате преобразования интерференционной картины в периодически повторяющийся фотоэлектрический сигнал относительно начала калдого периода такого преобразованиязарегистрировано временное положение1, пика сигнала (фиг.1 а), соответствующего ахроматической полосе, которое совпадает с выбранным за начальное положением со,Пусть в и+1 сечении в силу изменения профиля исследуе 42 4мой поверхности (например, наличия ступеньки на ней) должно быть зарегистрировано значение С . Сразу же после перехода в и+1 сечение начинает формироваться сигнал расстройки(фиг.16), и разность хода интерферирующих пучков начинает уменьшаться, пока сигнал, соответствующий ахроматической полосе, не займет начальное временное положение. Но и после того, как подстройка произошла, сигнал расстройки все равно имеет место за счет отклонений положения ахроматической полосы из-за, например, воздействия акустических шумов. При статическом усреднении с помощью ЭВМ цифровых кодов для обработки используются все отсчеты, связанные как с переходным процессом подстройки, так и с флуктуациями разности хода интерферирующих лучей, и величинабудет измерена с погрешностью д 1= 2 2д 1 где АС - среднее отклонение1 К1показаний, К - степень усреднения (число отсчетов в каждом сечении интерференционного поля). Поскольку известно, что истинному отсчету соответствует сигнал расстройки дС =О, то,используя для обработки лишь те отсчеты, отклонения которых от нуле,ного значения по модулю не превышают величины дС, можно исключить отсчеты, связанные с переходными процессами и с флуктуациями, большими +д, тем самым погрешность измерений будет значительно ниже д 1(, при этом должд 1- 7но быть дС с д С;, регулируя величину допустимой ошибки дй, можно регулировать погрешность измерений. Формула и з о б р е т е н иСпособ измерения геометрически параметров поверхности в интерфер ционном профилографе белого света, заключающийся в построчном сканировании интерференционного поля, преобразовании интерференционной картины в фотоэлектрический сигнал, выделении в каждом периоде преобразования пика сигнала, связанного с ахроматической полосой, формировании сигнала расстройки, пропорционального разности длительности сигнала положения ахроматической полосы и сигнала фиксированной длительности, изменении разности хода пнтерферирующих лучей в сторону уменьшения сигнапг1298542 расстройки н регистрации вносимой разности хода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений, формируют электрический сигнал, длительность которого 5 пропорциональна допустимой ошибке измерений, сравнивают сигнал расстройки с сигналом допустимой ошибки, если сигнал расстройки больше сигнала допустимой ошибки, дополнительно иэ меняют разность хода интерферирующих лучей в сторону уменьшения сигнала расстройки и весь цикл операций повторяют в одной строке сканирования до тех пор, пока сигнал расстройки не 15 станет меньше сигнала допустимойектор М,Шар аказ 876 41 Тираж 678 осударственного коми елам изобретений и о сква, Ж, Раушскаписно ета СССРрытийнаб., д. ВНИИПИпо113035,зводственно-полиграфическое предприятие од, ул. Проектная Редактор С.Патрушева ошибки, при этом регистрируют внесенную разность хода, а затем сканируютданную строку до тех пор, пока не получат п значений, при которых сигналрасстройки меньше сигнала допустимойошибки, вычисляют геометрический параметр поверхности в данной строкекак среднее статистическое зарегистрированных и значений, аналогичноосуществляют сканирование другихстрок интерференционного поля, а геометрические параметры контролируемойповерхности определяют, анализируярезультаты вычислений, полученныхпосле сканирования всех строк интерференционного поля,