close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9725

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01B 11/30
G 01N 21/88
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ
ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
НЕПАРАЛЛЕЛЬНОСТИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПУЧКЕ,
ИСПОЛЬЗУЕМОЕ В НЕМ
(21) Номер заявки: a 20020321
(22) 2002.04.16
(43) 2003.12.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины" (BY)
(72) Авторы: Шалупаев Сергей Викентьевич; Кондратенко Владимир Иванович; Тихова Елена Леонидовна;
Купо Александр Николаевич (BY)
BY 9725 C1 2007.10.30
BY (11) 9725
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скорины" (BY)
(56) SU 868348, 1981.
Колядин А.И. Прибор для измерения
рассеяния света просветляющими покрытиями // Оптико-механическая промышленность, 1975. - № 4. - С. 29-33.
BY 2623 C1, 1999.
RU 2036416 C1, 1995.
JP 11108763 A, 1999.
(57)
1. Устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее источник
зондирующего пучка излучения, полупрозрачную пластину, узел для разделения зеркально и диффузно рассеянных компонент излучения, а также коллиматор, фотоприемники
для регистрации зеркально и диффузно рассеянных компонент с блоком обработки полученных ими сигналов, первый из которых связан с полупрозрачной пластиной, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде лазера, коллиматор установлен
между источником и полупрозрачной пластиной, а узел для разделения компонент выполнен в виде призмы, входная и выходная грани которой перпендикулярны оси зондирующего пучка, а расположенная между ними третья грань выполнена под углом полного
внутреннего отражения к указанной оси и оптически сопряжена с фотоприемником для
регистрации диффузной компоненты, выполненным плоским широкоапертурным.
Фиг. 1
BY 9725 C1 2007.10.30
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фотоприемник для регистрации диффузной компоненты выполнен в виде пластины с фоторезистивным слоем на одной из
граней или матрицы фотоприемников.
3. Устройство для определения непараллельности оптического излучения в пучке, используемое в устройстве для определения шероховатости поверхности по п. 1, содержащее узел для выделения компоненты излучения, непараллельной оси исследуемого пучка,
оптически сопряженный с фотоприемником, и блок обработки полученных им сигналов,
отличающееся тем, что узел для выделения указанной компоненты выполнен в виде
призмы, входная и выходная грани которой перпендикулярны оси пучка, а расположенная
между ними третья грань выполнена под углом полного внутреннего отражения к указанной оси и оптически сопряжена с фотоприемником, выполненным плоским широкоапертурным.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля шероховатости сверхгладких плоских поверхностей, а также для выявления дефектов в оптически прозрачных изделиях и на поверхности непрозрачных изделий.
Известно устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее лазер,
коллиматор, узел для разделения диффузной и зеркальной компонент отраженного излучения, электрически связанный с ним блок [1].
Наличие фотометрических шаров для интегрирования пространственных частот зеркальной и диффузной компонент отраженного излучения обуславливает большие габариты известного устройства, а значит ограничивает возможности его использования. Узел
для разделения диффузной и зеркальной компонент отраженного излучения, состоящий из
фокусирующей линзы и диафрагмы, установленных в отверстиях фотометрического шара,
не обеспечивает в достаточной степени разделения диффузной и зеркальной компонент,
что снижает точность определения шероховатости.
Известно устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее источник
излучения, коллимирующую линзу, полупрозрачную пластину, фотоприемники для регистрации зеркально и диффузно отраженного излучения, узел для разделения диффузной и
зеркальной компонент, блок обработки информации с фотоприемников [2].
В известном устройстве узел для разделения диффузной и зеркальной компонент выполнен в виде цилиндрического отражателя и маски-отражателя, нанесенной на поверхность
полупрозрачной пластины в виде полупрозрачного покрытия в центре и отражающего на
периферии. Однако значительная часть диффузно отраженного излучения отражается от
зеркального покрытия маски и попадает на фотоприемник для регистрации зеркальной
компоненты, что снижает точность определения шероховатости поверхности. Использование немонохроматического и некогерентного источника излучения ограничивает точность определения шероховатости сверхгладких поверхностей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения шероховатости поверхности, содержащее источник зондирующего пучка излучения, полупрозрачную пластину, узел для разделения зеркально и
диффузно рассеянных компонент излучения, а также коллиматор, фотоприемники для регистрации зеркально и диффузно рассеянных компонент с блоком обработки полученных
ими сигналов, первый из которых связан с полупрозрачной пластиной [3].
Известное устройство не обеспечивает в достаточной степени разделения зеркальной
и диффузной компонент отраженного излучения, что ограничивает точность измерения
шероховатости поверхности. Использование некогерентного и немонохроматического источника излучения также ограничивает возможности точного измерения шероховатости
сверхгладких поверхностей.
В устройствах для определения шероховатости поверхности применяются узлы для
разделения диффузной и зеркальной компонент, которые в совокупности с одним из фо2
BY 9725 C1 2007.10.30
топриемников для измерения диффузной или зеркальной компонент не могут быть использованы для определения оптических неоднородностей излучения.
Известно устройство для контроля деффектов оптических деталей, выполненное в виде узла для выделения диффузно рассеянной компоненты излучения, оптически сопряженного с фотоприемником, и блок регистрации [4].
Известное устройство не может быть использовано для выявления оптической неоднородности параллельного пучка излучения, так как используемая в устройстве линза дефокусирует неоднородное излучение. Оно обеспечивает контроль дефектов прозрачных
оптических деталей, преимущественно плоскопараллельных пластин. При этом узел для
выделения диффузно рассеянной компоненты излучения выполнен в виде плоского и вогнутого зеркал, причем вогнутое зеркало имеет отверстие для прохождения зондирующего пучка, а плоскопараллельное зеркало установлено нормально к нему. Использование
указанного узла разделения, в первую очередь сферического зеркала, приводит к тому, что
значительная часть диффузно отраженного излучения не попадает в фотоприемник, что
ограничивает точность выявления дефекта. При этом доля отраженного диффузно рассеянного излучения не контролируемо зависит от вида и размеров дефекта, что ограничивает достоверность выявления дефекта.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения непараллельности
оптического излучения в пучке, содержащее узел для выделения компоненты излучения,
непараллельной оси исследуемого пучка, оптически сопряженный с фотоприемником, и
блок обработки полученных им сигналов [5].
В известном устройстве для выделения диффузно рассеянной компоненты использовано сферическое зеркало с отверстием в центре, что обуславливает недостаточную точность выявления оптически неоднородного излучения, поскольку результаты оценок
будут существенно зависеть от места расположения зеркала в неоднородном пучке.
Предлагаемое изобретение решает задачу определения шероховатости поверхности с
учетом искажений зондирующего когерентного излучения. Дополнительно изобретение
решает задачу определения оптических неоднородностей в параллельном пучке излучения.
Технический результат изобретения заключается в повышении точности и достоверности измерений.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве
для определения шероховатости поверхности, содержащем источник зондирующего пучка
излучения, полупрозрачную пластину, узел для разделения зеркально и диффузно рассеянных компонент излучения, а также коллиматор, фотоприемники для регистрации зеркально и диффузно рассеянных компонент с блоком обработки полученных ими сигналов,
первый из которых связан с полупрозрачной пластиной, источник излучения выполнен в
виде лазера, коллиматор установлен между источником и полупрозрачной пластиной, а
узел для разделения компонент выполнен в виде призмы, входная и выходная грани которой перпендикулярны оси зондирующего пучка, а расположенная между ними третья
грань выполнена под углом полного внутреннего отражения к указанной оси и оптически
сопряжена с фотоприемником для регистрации диффузной компоненты, выполненным
плоским широкоапертурным.
Кроме того, фотоприемник для регистрации диффузной компоненты выполнен в виде
плоской пластины с фоторезистивным слоем на одной из граней или матрицы фотоприемников.
Достижение указанного технического результата обеспечивается также тем, что в устройстве для определения непараллельности оптического излучения в пучке, используемое
в устройстве для определения шероховатости поверхности, содержащем узел для выделения компоненты излучения, непараллельной оси исследуемого пучка, оптически сопряженном с фотоприемником, и блок обработки полученных им сигналов, узел для
выделения указанной компоненты выполнен в виде призмы, входная и выходная грани
3
BY 9725 C1 2007.10.30
которой перпендикулярны оси пучка, а расположенная между ними третья грань выполнена под углом полного внутреннего отражения к указанной оси и оптически сопряжена с
фотоприемником, выполненным плоским широкоапертурным.
Использование призмы позволяет повысить точность и достоверность определения
шероховатости поверхности.
На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства для определения шероховатости
поверхности, а на фиг. 2 оптическая схема устройства для определения оптических неоднородностей излучения. Фиг. 3 иллюстрирует работу устройства для определения оптических неоднородностей излучения.
Устройство для определения шероховатости поверхности содержит лазер 1, последовательно установленные по ходу излучения коллиматор 2, полупрозрачную пластину 3,
призму полного внутреннего отражения 4, фотоприемник для регистрации диффузно рассеянной компоненты отраженного излучения 5, оптически сопряженной с гранью полного
внутреннего отражения призмы 4, фотоприемник для регистрации зеркально рассеянной
компоненты 6, оптически сопряженный с полупрозрачной пластиной 3, блок обработки
информации 7, электрически соединенный с фотоприемниками 5, 6. Позицией 8 обозначена
поверхность контролируемого изделия. Призма полного внутреннего отражения 4 выполнена таким образом, что две ее грани, расположенные по ходу излучения, перпендикулярны
оси зондирующего пучка, а отражающая грань выполнена наклонной под углом полного
внутреннего отражения.
Устройство для определения шероховатости поверхности работает следующим образом. Излучение от лазера 1 проходит коллиматор 2, расширяется последним, а затем в виде параллельного пучка проходит через полупрозрачную пластину 3, входную грань
призмы полного внутреннего отражения 4 и, отразившись от наклонной грани полного
внутреннего отражения, выходит из призмы и падает на поверхность 8 исследуемого изделия. Отраженное от поверхности излучение вновь входит в призму полного внутреннего
отражения. При этом зеркальная компонента отраженного излучения падает на наклонную грань под углом полного внутреннего отражения, отражается от нее, выходит из
призмы, попадает на полупрозрачную пластину 3 и, отразившись от нее, регистрируется
фотоприемником 6, а диффузная компонента отраженного излучения падает на наклонную
грань, под разными углами, отличными от угла полного внутреннего отражения, и, преломившись на этой грани, регистрируется фотоприемником 5. Сигналы с фотоприемников
поступают на блок обработки информации 7, который измеряет интенсивности сигналов
диффузной (IД) и зеркальной (IЗ) компонент, определяет их отношение, по которому определяет шероховатость поверхности. Определение шероховатости производят по формуле:
2
2
IД
 4⋅π 
 4⋅π 
= k ⋅σ
 exp σ
 ,
IЗ
 λ 
 λ 
где σ - среднее квадратичное отклонение от линии профиля поверхности, λ - длина волны
зондирующего излучения, k - коэффициент пропорциональности, определяемый при калибровке прибора.
Перед началом измерений выявляют и определяют погрешность, связанную с неоднородностью зондирующего пучка. Для этого вместо образца исследуемого изделия зондирующее излучение отводят в ловушку. При наличии неоднородностей часть зондирующего
излучения падает на наклонную грань призмы 4 не под углом полного внутреннего отражения, преломляется на ней и регистрируется фотоприемником 5. При последующих измерениях результаты регистрации вычитаются из величины интенсивности диффузной
компоненты блоком обработки информации 7, что повышает точность измерений. Подобный учет погрешностей может быть проведен не только перед началом измерений.
Устройство для определения оптических неоднородностей излучения (фиг. 2) содержит призму полного внутреннего отражения 4, фотоприемник для регистрации
4
BY 9725 C1 2007.10.30
неоднородной компоненты излучения 5, оптически сопряженной с гранью полного внутреннего отражения призмы 4, оптическую ловушку 9, блок обработки информации 7,
электрически соединенный с фотоприемником 5. Призма полного внутреннего отражения 4
выполнена таким образом, что две ее грани, расположенные по ходу излучения, перпендикулярны оси зондирующего пучка, а отражающая грань выполнена наклонной под углом полного внутреннего отражения.
Устройство для определения оптических неоднородностей излучения работает следующим образом. Пучок когерентного излучения перпендикулярно падает на входную
грань призмы, затем под углом полного внутреннего отражения на наклонную грань
(грань полного внутреннего отражения) и выходит из призмы через выходную грань в оптическую ловушку 9. Если пучок параллельный (не содержит неоднородностей излучения), то он полностью отражается от грани полного внутреннего отражения и выводится в
ловушку 9. Если пучок не параллельный, то его компоненты попадают на грань полного
внутреннего отражения не только под углом полного внутреннего отражения. При этом
параллельная часть пучка отражается от грани, а непараллельная преломляется на ней,
выходит из призмы и регистрируется фотоприемником 5. Чем больше доля неоднородного
излучения, тем больше ток от фотоприемника, который регистрируется блоком 7.
Неоднородность излучения может быть вызвана средой, через которую проходит когерентное излучение (рассеяние в среде, изменение показателя преломления среды). Работу
устройства в этом случае иллюстрирует фиг. 3. Излучение от лазера 1 расширяется и формируется в параллельный пучок коллиматором 2, проходит через контролируемую среду
10 в призму полного внутреннего отражения 4.
Если среда 10 вызывает искажение параллельного пучка, то наличие и величина этого
искажения регистрируются фотоприемником 5. Если среда 10 не вызывает искажений, то
весь поток излучения проходит в ловушку 9, и теневой ток фотоприемника равен 0. Следует заметить, что величина искажения самого зондирующего пучка (без среды) определяется предварительной калибровкой.
Следует заметить, что для регистрации диффузной компоненты отраженного излучения, а также неоднородной части излучения используется широкоапертурный фотоприемник либо, в виде плоской пластины, на одну из граней которой нанесен фоторезистивный
слой, либо плоской матрицы фотоприемников.
Таким образом предлагаемое устройство для определения шероховатости поверхности
и устройство для определения непараллельности оптического излучения в пучке обеспечивают повышение точности и достоверности измерений.
Источники информации:
1. Патент РБ 2838, МПК G 01В 11/30, 1999.
2. А.с. СССР 1446465, МПК G 01В 11/30, 1988.
3. А.с. СССР 868348, МПК G 01В 11/30, 1981 (прототип).
4. А.с. СССР 864968, МПК G 01N 21/88, 1984.
5. Колядин А.И. Прибор для измерения рассеяния света просветляющими покрытиями
// Оптико-механическая промышленность. - 1975. - № 4. - С. 29-33 (прототип).
5
BY 9725 C1 2007.10.30
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
175 Кб
Теги
by9725, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа