Устройство для определения параметров шероховатости оптических поверхностей методом дифференциального светорассеяния

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1663423 9) 53)5 6 01 В 2100 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОР.СКО ВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э.Циолковского)т)еаза зоггасез Ьу бтгегепта 9)т зсапегпд. -ОрТса Епдпеегпд, чо.16, 1977, М 4.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТОДОМДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СВЕТОРАССЕЯНИЯ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретенияявляется повышение точности и производительности определения параметров за счет непосредственного измерения интенсивности падающего излучения, и автоматизации процесса измерений и обработки полученной информации. Путем дискретного вращения образца 26, расположенного по ходу зондирующего излучения лазера 1, осуществляемого в плоскости падающего и отраженного от поверхности образца 26 лучей, и фиксации интенсивности диффузноотраженной компоненты излучения фотозлектроннным умножителем (ФЭУ) 11 снимается спектр дифференциального светорассеяния. информация о котором поступает в блок 19 управления и обработки информации. Затем образец 26 удаляется из зоны взаимодействия с излучением, а по ходу падающего излучения устанавливается, ф ФЭУ 11, который непосредственно измеряет интенсивность падающего излучения, По зависимости интенсивности диффузно-отраженного излучения от угла поворота об1663423 ния амплитудным преобразователем, входкоторого соединен с первым выходом ком раэца 26 и интенсивности падающего излучения рассчитывается энергетическая спектральная плотность шероховатости, которая несет информацию о статистических свойствах исследуемой поверхности образца 26 и используется для рассчета с помощью известных соотношений параметров шероховатости. Образец 26 возвращается на прежнюю позицию, осуществляется последовательное сканирование его поверхности с заданным шагом по диаметру и по углу. В каждой фиксированной точке образца 26 повторяются все операции по снятию спектра дифференциального светорассеяния. Полученные результаты усредняются по всей исследуемой поверхности. МанипуИзобретение относится к контрольноизмерительной техникеи может быть использовано в оптике и других отраслях техники для контроля параметров шероховатости. Целью изобретения является повышение точности и производительности определения параметров за счет непосредственного измерения интенсивности падающего излучения и автоматизации процесса измерений и обработки полученной информации.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема компрессора выходного сигнала фотоэлектронного умножителя.Устройство содержит (фиг,1) лазер 1 с подключенным к нему блоком 2 питания и цепью стабилизации мощности лазера 1, выполненной, например, в виде светоделителя 3, установленного по ходу лазерного луча, и последовательно соединенных фото- датчика 4, установленного походу отклоненного светоделителем 3 луча, и блока 5 стабилизации мощности лазера, выходом подключен ного к управляющему входу 2 блока питания, установленные по ходу падающего лазерного луча амплитудный преобразователь 6, поляризатор 7, первый пространственный фильтр 8 и держатель 9 образца, установленные по ходу отраженного (от образца) лазерного луча, перпендикулярно падающему, второй пространственный фильтр 10 и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 11, компрессор 12 выходного сигнала ФЭУ, вход которого соединен с выходом ФЭУ 11, блок 13 управле 10 15 20 25 30 35 ляции с образцом 26 и ФЭУ 11 осуществляются с помощью соответствующих приводов 14 - 17. Управление процессом измерений и обработка полученных данных осуществляются автоматически блоком 19, управления и обработки информации,выполненным на основе ЭВМ.Непосредственное измерение интенсивности падающего излучения позволяет исключить использование в расчетах коэффициента зеркального отражения, зависящего от параметров шероховатости, и повысить точность их определения, Автоматизация процессов измерения и расчета параметров шероховатости повышает производительность определения этих параметров. 2 ил. прессора 12, а выход - с управляющим входом амплитудного преобразователя 6, привод 14 вращения держателя с образцом в плоскости падающего и отраженного лучей, привод 15 азимутального вращения держателя с образцом, привод 16 линейного перемещения держателя с образцом, привод 17 азимутального перемещения ФЭУ, датчик 18 регистрации угла поворота держателя с образцом в плоскости падающего и отраженного лучей и блок 19 управления и обработки информации, входы которого соединены соответственно с выходами компрессора 12 и датчика 18, а управляющие выходы соединены соответственно с входами приводов 14 - 17.Держатель 9 образца установлен с возможностью вращения в плоскости падающего и отраженного лучей, азимутального вращения и линейного перемещения в плоскости, перпендикулярной плоскости падающего и отраженного лучей, и кинематически связан с приводами 14, 15 и 16, которые предназначены соответственно для осуществления указанных вращательных и линейного перемещений, Второй пространственный фильтр 10 и ФЭУ 11 установлены с возможностью азимутального перемещения в плоскости падающего и отраженного лучей на угол 90 относительно точки падения луча на образец до расположения их вдоль оси падающего луча, для осуществления которого предназначен привод 17. Держатель 9 предназначен для закрепления на нем образца таким образом, чтобы исследуемая поверхность образца была расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости падающего и отраженного лучей, а кинематические связи держателя 9 с приводами 14, 15 и 16 выполнены с обеспечени 1661423ем сохранения расположения исследуемойповерхности (образца) в указанной плоскости в процессе всех перемещений.Привод 16 выполнен так, чтобы обеспечиваемый им диапазон линейных перемещений был достаточным для полногоудаления держателя 9 с образцом из эонывзаимодействия образца с лазерным лучоми возвращения его в эту зону,Компрессор 12 выходного сигнала ФЭУ(фиг.2) состоит из последовательно соединенных повторителя 20 выходного сигналаФЭУ, входом соединенного с выходом ФЭУ11, и резонансного усилительного каскада21, последовательно соединенных регулируемого источника 22 напряжения смещения, входом соединенного с выходомкаскада 21, входного резистора 23 источника питания. ФЭУ и высоковольтного управляемого источника 24 питания ФЭУ,выходом соединенного с анодом ФЭУ 11 инагрузочного резистора 25, подклю ценногок,выходу ФЭУ 11.Исследуемый образец обозначен позицией 26.Устройство работает следующим образом (фиг,1).Часть излучения лазера 1 отклоненасветоделителем 3 на фотодатчик 4, напряжение с которого подается на блок 5 стабилизации мощности лазера. Управляющийсигнал с блока 5 стабилизации мощностипоступает на управляющий вход блока питания лазера 1,Часть излучения, прошедшая светоделитель 3 в направлении оси лазера 1(падающий луч), пройдя последовательно черезамплитуцный преобразователь 6, поляризатор 7, первый пространственный фильтр 8,падает под углом Ипд на образец 26, укрепленный в держателе 9. Часть отраженногоизлучения, проходя через второй пространственный фильтр 10, регистрируется ФЭУ11, при этом сумма углов Ирег регистрацииизлучения и 6 Ъад падения постоянна и равна 90 О. Напряжение с ФЭУ 11 (с нагрузочного резистора 25, фиг.2) поступает накомпрессор 12 выходного сигнала ФЭУ идалее на вход блока 19 управления и обработки информации и вход блока 13 управления ам плитудн ы м г 1 реобразо вателем.По сигналу с блока 19 управления и обработки информации привод 14 осуществляет непрерывное вращение держателя 9 собразцом 26 в плоскости падающего и отраженного лучей до регистрации максимальной интенсивности отраженного излучения(зеркально отраженного луча). При этом датчик 18 фиксирует угол поворота образца 26,5 10 15 20 2 Г 35 40 45 50 55 д компрессор 12 Выходного сигнала ФЭ г 1 одде на анод ФЭУ 11 минимальнсе рабочее напряжение, В этом положении угол регистрации иэлучени равен углу цддсния;г-оЬр- =- Ипл == 45,По сигналу с блока 19 привод 14 поворачивает держатель 9 с образцом 26 в обОратном направлении ца 45 (в этом полокении угол регистрации .:, равен 90 ).Затем с блока 19 поступают управляющие сигналы, по которым привод 14, осуществляет дискретное вращение держателя 9 с образцом 26 нд заданный угол, Отсчет угла производится датчиком 16 регистрации угла поворота образца 26, В каждом дискретном положении образца 26 инстенсивность диффузно-отракенной компоненты излучения, соответствуощей углу И регистрируется ФЭУ 11 и соответствующая инфорг. ация через комцре сор 12 поступает в блок 19. Держатель 9 с образцом 26 поворачивается на 90, в результате чего снимается полный спектр дифференциального сватордссеяния, данные о котором заносятся в блок 19, При этом компрессор 12 меняет по определенному закону напряже- ние на энода ФЭУ 11 в зависимости от интенсивности регистрируемого излучения, а блок 13 управления амплитуды преобразователем выдает управляющий сигнал на амплитудный преобразователь 6, в результате чего происходит выделение полезного сигнала. После сн 1 ия спектра дифференциального светорассеяния по сигналу с блока .19 привод 16 осуществляет линейное перемещение держателя 9 с образцом 26 до полного их удаления из эоны взаимодействия образца 26 с лазерным излучением, а привод 17 производит дзимутдльный разворот второго просранственного фильтра 10 и ФЭУ 11 в плоскости пдддощего и отраженного лучей на 90 относительно точки падения луча на образец 26 до расположения их вдоль оси падающего луча для осуществления прямого измерения интенсивности падающего излучения,По зависимости интенсивности 1 дф,диффузно-отраженного излучения от угла поворота Избег образца 26 и интенсивности падающего излучения 1 п;л в блоке 19 рассчитывается энергстическая спектральная плот- носить шероховатости Р(р, ц), которая несет в себе информацию о статистических свойствах исследуемой шероховатости поверхности образца 26, при этом среднеквадратичнае отклонение профиля поверхности Оя и среднеквадратичный наклон граней поверхности гл определяются путем интегрирования функции Рl(р, ц):+оо +ооп "3 бра бцг 2 Ю(р,ц),где 2 р 2+ц 2р и ц - волновые числа, определяемые конкретной геометрией, рассеяния.При этом длина корреляции высот микронеровностей Я определяется через ой и в следующим образом:5= 2 лов/в .После расчета параметров шероховатости В, е, Я для данной зондируемой точки образца 26 по сигналу с блока 19 привод 13 осуществляет линейное перемещение держателя 9 образцом 26 на определенный шаг Ь 1. Вслед за этим повторяются описанные операции снятия спектра дифференциального светорассеяния и расчет параметров шероховатости для другой точки образца. После того, как образец 26 будет просканирован по его диаметру с шагом Ь 1, по сигналу с блока 19 привод 15 осущеетвляет азимутальное вращение держателя 9 с образцом 26 вокруг своей оси на определенный угол Ьа, после чего повторяются все перечисленные операции по снятию спектра дифференциального свето- рассеяния в различных точках образца по диаметру с шагом Ь 1.После определенного числа шагов сканирования и поворота образца 26 блок 19 содержит информацию о параметрах шероховатости многих точек поверхности образца 26, что позволяет усреднить результаты измерений по всей поверхности и построить товограмму распределения шероховатости исследуемой поверхности.Таким образом, осуществление непосредственного измерения интенсивности падающего излучения позволяет избежать использования в расчетах параметров шероховатости коэффициента зеркального отражения, который сам зависит от этих параметров, и обеспечить, тем самым, повышение точности определения параметров шероховатости. Автоматизация процессаизмерений и обработки, полученной в результате измерений информации, осуществляемая с помощью блока 19 управления и обработки информации, выполненного на омюве современных средств вычислительиай техники (ЭВМ), позволяет повысить производительность определения параметров шероховатости,Формула изобретения Устройство для определения параметров шероховатости оптических поверхностей методом . дифференциального светорассеяния, содержащее лазер, установленные по ходу падающего лазерного луча поляризатор, первый пространственный фильтр и держатель образца с приводом вращения в плоскости падающего и отраженного лучей и датчиком регистрации угла поворота, установленные по ходу отраженного лазерного луча, перпендикулярноге падающему, второй пространственный фильтр и фотоэлектронный умножитель с компрессором выходного сигнала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что с целью повышения точности и производительности определения параметров, оно снабжено приводом азимутального вращения держателя с образцом. привод линейного перемещения держателя с образцом в плоскости, перпендикулярной плоскости падающего и отраженного лучей, с возможностью удаления держателя с образцом из зоны взаимодействия образца с лазерным лучом и возвращения его в эту зону, привод азимутального перемещения фотоэлектронного умножителя в плоскости падающего и отраженного лучей относительно точки падения луча на.образец, амплитудным преобразователем, установленным по ходу падающего луча перед поляризатором,блоком управления амплитудным преобразователем, вход которого соединен.с пер" вым выходом компрессора. а выход - с управляющим входом амплитудного преобразователя, и блоком управления и обработки информации, управляющие выходы которого соединены. соответственно с входами приводов, входы соединены соответственно с выходами компрессора и датчика регистрации угла поворота, а компрессор выполнен с резонансным усилительным каскадом.1663423 Составитель О. СмирнРедактор К. Крупкина Техред М.Моргентал рректор М. Демчи Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 Заказ 2257 ВНИИПИ Государ Тираж 385нного комитета и3035. Москва, ЖПодписноеобретениям и открытиям при ГКНТ ССаушская наб 4/5