Способ измерения шероховатости поверхности

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения параметров шероховатой поверхности, таких как среднеквадратическое отклонение профиля от средней линии и длины корреляции , оптическими методами и может быть использовано для контроля качества поверхностей (в том числе и оптических) в процессе обработки. Цель изобретения - повышение информативности способа и повышение точности измерения за счет одновременного измерения набора величины среднеквадратического отклонения профиля от средней линии и набора длин корреляции шероховатости поверхности. Способ заключается в освещении исследуемой поверхности когерентным излучением и наблюдении рассеянного от движущейся поверхности излучения. Проводя статический анализ флуктуирующего за счет динамической спекл-структуры потока рассеянного излучения, определяют набор длин корреляций и соответствующий набор величин шероховатостей. Способ позволяет измерять величину шероховатости одновременно с длиной корреляции поверхности и определять сразу набор величин шероховатости и длин корреляций, что значительно повышает качество контроля и упрощает процесс измерения 2 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 11/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

ы

О (21) 4820329/28 (22) 26.04.90 (46) 15.11.92. Бюл. N. 42 (71) Государственный оптический институт им.С. И, Вавилова (72) В.И.Бронников и А.Н.Прилипко (56) Заявка р (Япония) N 61-22762, кл. G 01 В 11/30, опублик. 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ LUEPOXOBATQСТИ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения параметров шероховатой поверхности, таких как среднеквадратическое отклонение профиля от средней линии и длины корреляции, оптическими методами и может быть использовано для контроля качества поверхностей (в том числе и оптических) в процессе обработки. Цель изобретения— повышение информативности способа и поИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров шероховатой поверхности, таких как среднеквадратическое отклонение профиля от средней линии (величина шероховатости) и длина корреляции.

Известен способ измерения величины шероховатости при помощи фотометрического шара, в котором исследуемый образец освещают монохроматическим излучением, выводят зеркальную составляющую через отверстие s шаре, измеряют величину потока рассеянной составляющей, закрывая отверстие,иэме яют суммарный поток рассеянной и зеркально отраженной составляющих, а по отношению этих двух из. Ж„„1775601 А1 вышение точности измерения эа счет одновременного измерения набора величины среднеквадратического отклонения профиля от средней линии и набора длин корреляции шероховатости поверхности. Способ заключается в освещении исследуемой поверхности когерентным излучением и наблюдении рассеянного от движущейся поверхности излучения, Проводя статический анализ флуктуирующего за счет динамической спекл-структуры потока рассеянного излучения, определяют набор длин корреляций и соответствующий набор величин шероховатостей. Способ позволяет измерять величину шероховатости одновременно с длиной корреляции поверхности и определять сразу набор величин шероховатости и длин корреляций, что значительно повышает качество контроля и упрощает процесс измерения. 2 ил, мерений судят о величине шероховатости.

Недостатками такого способа являются, во-первых, систематическая ошибка измерений (так как часть рассеянной составляющей выходит из шара вместе с зеркальной составляющей), во-вторых, невозможность измерения длины корреляции, в-третьих, способ не применим для измерений в процессе обработки поверхности, Наиболее близким по технической сущности является способ измерения величины шероховатости, в котором объект освещают когерентным излучением, при помощи линейки фотоприемников регистрирую1 рассеянное в виде спекл-структуры излучение в некотором диапазоне угла наблюдения, а по величине контраста судят о величине шеро1775601 ховатости, Недостатками прототипа являются невозможность одновременного измерения длины корреляции, а также сложность определения величины шероховатости, связанная с необходимостью изме- 5 рения потока рассеянного излучения в некотором диапазоне углов.

Целью изобретения является повышение информативности способа и повышение точности измерения. i0

Поставленная цель достигается тем, что исследуемую поверхность освещают когерентным излучением, выбирают на расстоянии от пятна излучения на исследуемой поверхности, большем максимального ли- 15 нейного размера пятна излучения, точку наблюдения рассеянного излучения, в которой энергетические характеристики рассеянного излучения превышают пороговые знергетические характеристики ре- 20 гистрирующего устройства, приводят исследуемую поверхность в движение в своей плоскости, производят в точке наблюдения регистрацию динамической спекл структуры, получают временную функцию 25 корреляции потока излучения в виде набора гауссовых процессов, определяют длину корреляции по полуширине на уровне е

-1/ отдельного гауссового процесса, из всего набора гауссовых процессов формируют на- 30 бор длин корреляции, по измеренной величине потока зеркально отраженной составляющей, телесному углу наблюдения рассеянного излучения, углу между нормалью к поверхности в пятне излучения и 35 направлением на источник излучения, углу между нормалью и направлением наблюдения, углу между плоскостью зеркального отражения и плоскостью наблюдения, а также по величине амплитуды отдельного га- 40 уссового процесса в составе функции корреляции определяют величину среднеквадратического отклонения профиля от средней линии и из всего набора гауссовых процессов формируют набор величин сред- 45 неквадратического отклонения профиля от средней линии, При выполнении пространственных условий выбора точки наблюдения — «1 0 ()

R функция временной корреляции излучения, рассеянного движущейся со скоростью V поверхностью, в точке наблюдения будет иметь вид набора гауссовых процессов

>6 0

С (т) — (1 + cos ф cos Оcos ф — з!пауз!и Осозф4 х g () x (+(х ехр

i =1

{ — ((cos ф + cos 0) — 4 cosг ф) о } х

Лг х ехр { — — (sin ф+ sin 0 — 2 sin фх

2л г г

Лг ч т х sin Осоз p) Ti }x ехр (— ), (1)

8Tt где d — максимальный линейный размер пятна излучения на поверхности;

Л вЂ” длина волны когерентного излучения, v — среднеквадратическое отклонение профиля от средней линии;

Т вЂ” длина корреляции;

V — линейная скорость движения поверхности; т- временной сдвиг;

Q — телесный угол наблюдения рассеянного излучения, значение величин ф, О, p, R понятно из фиг.1, Проводя корреляционный анализ электрического сигнала и определяя полуширину т отдельного гауссового процесса по уровню е значение длины корреляции определяют из соотношения Ti= V st/2 (2) из всего набора гауссовых процессов формируют набор длин корреляции Т1, T2„..Ti,.;Tn, Определяя амплитуду Ct при т = 0 отдельного гауссового процесса в составе функции корреляции определяют величину шероховатости с как результат решения трансцендентного уравнения

С (О) (1 + cos ф cos О

1 блею Ф

cos ф — sin |Ir Sin 0 COS у)4 Х (X (Х х ехр { - ((cos tP + cos 9) — 4 cos ф) о }х

8 г г г

x,ехр { — — (з1п ф+ sin О- 2 sin ф

2 г г

Л

sin OCOSrpjTt }. (3)

Из всего набора гауссовых процессов формируют набор величин шероховатости

<1 О2 й." тп

Способ реализуется с помощью устройства, изображенного на фиг.2.

Излучение когерентного источника 1 освещают исследуемую поверхность 2, движущуюся с известной скоростью V. Фотоприемник 3 установлен в направлении зеркального отражения. Фотоприемник 4 установлен в точке наблюдения рассеянного в виде динамической спекл-структуры излучения, С помощью угломерного устройства (на фиг.2 не показано) измеряют1775601 ся углы ф О, p, Q. Фотоприемники 3, 4 преобразуют оптические сигналы в электрические, пропорциональные потоку зеркальной составляющей и потоку рассеянной составляющей соответственно, которые подаются а блок отношения 5 и далее на коррелометр 6, С помощью коррелометра 6 получают функцию временной корреляции. измеряют полуширину отдельных гауссовых процессов и по отношению (2) определяют набор длин корреляции, измеряют амплитуды отдельных гауссовых процессов и по соотношению (3) определяют набор величин шероховатости, Формула изобретения

Способ измерения шероховатости поверхности, заключающийся в том, что освещают исследуемую поверхность когерентным излучением от источника излучения, регулируют с помощью регистрирующего устройства рассеянное в виде спеклструктуры излучение и определяют величину среднеквадратичного отклонения профиля от средней линии, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения информативности способа и повышение точности измерения, выбирают на расстоянии от пятна излучения на исследуемой поверхности, большем максимального линейного размера пятна излучения, точку наблюдения рассеянного излучения, в которой энергетические характеристики рассеянного излучения превышают пороговые энергетические характеристики регистри5 рующего устройства, приводят исследуемую поверхность в движение в своей плоскости, производят в точке наблюдения регистрацию динамической спекл-структуры, получают временнфо функцию корреля10 ции флуктуаций потока излучения в виде набора гауссовых процессов, определяют длину корреляции по полуширине на уровне е отдельного гауссового процесса, из всего набора гауссовых процессов форми15 руют набор длин корреляции, по измеренной величине потока зеркально отраженной составляющей, телесному углу наблюдения рассеянного излучения, углу между нормалью к поверхности в пятне излучения

20 и направлением на источник излучения, углу между нормалью и направлением наблюдения, углу между плоскостью зеркального отражения и плоскостью наблюдения, а также по величине амплитуды отдельного га25 уссового процесса в составе функции корреляции определяют величину среднеквадратического отклонения профиля от средней линии и из всего набора гауссовых процессов формируют набор величин сред30 неквадратического отклонения профиля от средней линии.

1775601

ФИГ. 2

Составитель А.Прилипко

Техред M.Ìàðãåíòàë Корректор И.Шмакова

Редактор

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

Заказ 4028 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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