close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2838

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2838
(13)
C1
6
(51) G 01B 11/30
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ
ПОВЕРХНОСТИ
(21) Номер заявки: 2567
(22) 1994.11.29
(46) 1999.06.30
(71) Заявитель: Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины (BY)
(72) Авторы: Свириденко Ю.Н., Сытько В.В., Алешкевич Н.И., Шолох В.Ф. (BY)
(73) Патентообладатель: Гомельский
государственный университет имени Франциска Скорины (BY)
(57)
Устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее лазер, фокусирующую линзу, первый фотометрический шар с фотоприёмником, снабженный выходным отверстием и отверстием для зондирования поверхности, второй фотометрический шар с фотоприёмником, измерительный блок, соединённый
с фотоприёмниками, отличающееся тем, что фокусирующая линза установлена в отверстии для зондирования поверхности, при этом оптическая ось линзы перпендикулярна данной поверхности, а её фокусное расстояние равно расстоянию от линзы до выходного отверстия первого фотометрического шара.
(56)
1. А.с. СССР 769323, МПК G 01B 11/30, 1980.
2. А.с. СССР 1071077, МПК G 01B 11/30, 1981.
3. А.с. СССР 1427963, МПК G 01B 11/30.
4. А.С. Топорец. Оптика шероховатой поверхности. - Л.: Машиностроение, 1988. - С. 137.
5. А.с. СССР 1478780, МПК G 01B 11/30, 1987 (прототип).
BY 2838 C1
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к рефлектометрическим способам и устройствам определения шероховатости методом интегрирующей сферы, и может быть использовано для контроля шероховатости сверхгладких плоских поверхностей.
Известно устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее фотометрический шар с
тремя отверстиями, в одном из которых расположен фотоприемник, оптическую систему и измерительный
блок, соединенный с фотоприемником, осветитель [1].
В известном устройстве определение шероховатости осуществляют путем измерения диффузной компоненты отраженного света, что требует предварительной градуировки по известным стандартам для каждого
материала в отдельности. Узлы, предназначенные для защиты фотоприемника от паразитных засветок, экранируют часть диффузной компоненты и вносят искажения в пространственное распределение интенсивности
диффузной компоненты. Указанные причины обуславливают ограничения точности измерения шероховатости сверхгладких поверхностей.
Известно устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее источник света, два оптически сопряженных друг с другом фотометрических шара с отверстиями и фотоприемниками для регистрации соответственно диффузной и зеркальной компонент отраженного от исследуемой поверхности излучения, измерительный блок, соединенный с фотоприемниками [2].
В известном устройстве значительная часть диффузного излучения распространяется в направлении зеркального. Поскольку определение шероховатости поверхности производится по отношению диффузной и
зеркальной компонент, то недостаточное разделение компонент существенно ограничивает точность измерения шероховатости сверхгладких поверхностей.
Известно устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее источник света, линзу, фотометрический шар с отверстиями и фотоприемником, диафрагму, установленную на выходе из первого фотометрического шара [3].
Известно, что для сверхгладких поверхностей достаточно большая доля диффузного излучения распространяется в направлении зеркального, что повышает погрешность измерения [4].
Фокусирующая линза, расположенная между источником света и первым фотометрическим шаром, усиливает асимметрию отраженного излучения, приводя к неоднородному распределению зеркальной и диффузной компонент. Фокусировка зондирующего пучка, а вслед за ней отраженного излучения, позволяя
лишь незначительно уменьшить выходное отверстие. Поскольку индикатриса рассеяния для сверхгладких
поверхностей имеет узкое поперечное сечение и вытянута в направлении зеркальной компоненты, то фокусировка зондирующего пучка приводит к фокусировке значительной части диффузной компоненты в направлении распространения зеркальной компоненты.
В силу изложенных причин точность измерения шероховатости поверхности требует дополнительного
улучшения.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее лазер, расположенные по ходу лазерного излучения фокусирующую линзу, первый фотометрический шар с фотоприемником, снабженный выходным отверстием и отверстием для зондирования поверхности, второй фотометрический шар с отверстием и фотоприемником, измерительный блок [5].
В отличие от изобретения по а.с. ¹ 1427965, диафрагма установлена в выходном отверстии фотометрического шара с возможностью перемещения в фокальной плоскости линзы, что позволяет скорректировать месторасположение зеркальной компоненты, обусловленное влиянием неплоскостности и волнистости поверхности. Однако существенного увеличения точности это не обеспечило, поскольку наряду с зеркальной
фокусируется диффузная компонента в направлении распространения зеркальной компоненты.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность определения шероховатости сверхгладких плоских поверхностей за счет более полного разделения диффузной и зеркальной компонент отраженного светового потока.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для определения
шероховатости поверхности, содержащем лазер, фокусирующую линзу, первый фотометрический шар с фотоприемником, снабженный выходным отверстием и отверстием для зондирования поверхности, второй фотометрический шар с фотоприемником, измерительный блок, фокусирующая линза установлена в отверстии
для зондирования поверхности первого фотометрического шара так, что оптическая ось линзы перпендикулярна данной поверхности, а ее фокусное расстояние равно расстоянию до выходного отверстия первого фотометрического шара.
В предлагаемом устройстве фокусирующая линза расположена отверстии для зондирования поверхности
первого фотометрического шара для регистрации диффузной компоненты, благодаря чему расстояние от
линзы до исследуемой поверхности много меньше ее фокусного расстояния. Последняя особенность конструкции позволяет пренебречь фокусировкой зондирующего параллельного пучка, проходящего сквозь линзу
на контролируемую поверхность и падающего на нее под углом близким к нормальному, а также рассматривать линзу как Фурье-линзу по отношению к отраженному световому излучению. Указанное расположение
обеспечивает формирование спектра пространственных частот отраженного излучения, положение нулевой
2
BY 2838 C1
пространственной частоты которого, соответствующее зеркальной компоненте, локализуется (благодаря
указанному фокусному расстоянию линзы) на выходном отверстии первого фотометрического шара. Фурьелинза вызывает уширение распределения спектра пространственных частот в отношении диффузной компоненты. Выходное отверстие первого фотометрического шара и сам шар в этом случае выполняют функцию пространственного фильтра, обеспечивая прохождение нулевой пространственной частоты, т.е. зеркальной компоненты через упомянутое отверстие, задерживая, а затем и интегрируя пространственные
частоты, соответствующие диффузной компоненте. В силу изложенного повышается точность разделения
компонент отражённого излучения, а вместе с ней - точность измерения шероховатости поверхности.
На фигуре схематически изображено предлагаемое устройство.
Устройство содержит лазер 1, оптическую формирующую систему 2, первый фотометрический шар 3 с
входным отверстием 4, отверстием для зондирования поверхности 5, выходным 6 отверстием и фотоприёмником 7, фокусирующую линзу 8, расположенную в отверстии для зондирования поверхности 5 так, что ее
оптическая ось перпендикулярна данной поверхности, второй фотометрический шар 9 с входным отверстием 10 и фотоприёмником 11, измерительный блок 12, входы которого соединены с фотоприёмниками 7, 11.
Фокусное расстояние линзы 8 равно расстоянию до центра выходного отверстия 6. Фотометрические шары
3, 9 оптически связаны через отверстия 6, 10. Позицией 13 отмечено контролируемое изделие, поверхность которого ориентирована перпендикулярно оси линзы 8.
Устройство работает следующим образом. Излучение от лазера 1 формируется оптической системой 2 в
параллельный пучок света, который через отверстия 4, 5 и линзу 8 падает на контролируемую поверхность
изделия 13. Отражённое излучение формируется линзой 8 в Фурье-спектр пространственных частот, локализуемый на сфере с диаметром, равным фокусному расстоянию линзы 8, причём положение нулевой пространственной частоты соответствует зеркальной компоненте отражённого светового потока. Зеркальная
компонента локализуется на выходном 6 отверстии первого 3 фотометрического шара. Размер отверстия 6
соответствует ширине центрального максимума и боковых лепестков зеркальной компоненты. Пространственные частоты, соответствующие диффузной компоненте отражённого светового потока, локализуются на
стенках первого фотометрического шара 3. Прошедшая через отверстия 6, 10 зеркальная компонента интегрируется фотометрическим шаром 9, а интегральная интенсивность зеркальной компоненты регистрируется
фотоприёмником 11. Пространственные частоты, соответствующие диффузной компоненте отражённого
светового потока, интегрируются фотометрическим шаром 3 и регистрируются фотоприёмником 7. Сигналы
из фотоприёмников 7, 11 поступают на измерительный блок 12, который обеспечивает одновременное наблюдение интегральных интенсивностей диффузной Iд и зеркальной Iз компонент и определение их отношений.
Определение шероховатости производится по формуле:
Iд
2
2
 4π cos ϕ 
 4π cos ϕ 
= σ
(1)
 exp σ
 ,
λ
λ
Iз 



где σ - среднее квадратичное отклонение от линии профиля поверхности, λ - длина волны зондирующего
излучения, ϕ - угол падения зондирующего излучения.
Измерительный блок может быть выполнен в виде системы обработки и отображения информации, обеспечивающей измерение отношения Iд/Iз и расчёт σ в автоматическом режиме в соответствии с выражением 1.
С целью уменьшения потерь на отражение линза 8 просветлена для длины волны зондирующего излучения.
Устройство может быть снабжено регулируемой диафрагмой 14, обеспечивающей выделение, нулевой
пространственной частоты при изменении диапазонов регистрации.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
130 Кб
Теги
патент, by2838
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа