Пристрій для вимірювання шорсткості поверхні
Номер патенту: 49709
Опубліковано: 16.09.2002
Автори: Максимяк Петро Петрович, Ангельський Олег В'ячеславович, Дем'яновський Геннадій Валерійович
Формула / Реферат
Пристрій для вимірювання шорсткості поверхні, що містить джерело випромінювання, коліматор, який складається з мікрооб'єктива, діафрагми та об'єктива, поляризаційний куб, чвертьхвильову пластинку, два кристалічні клини, що утворюють плоскопаралельну пластину, головні оптичні осі клинів, поляризатор та фотоприймач, який відрізняється тим, що як джерело випромінювання використовують напівпровідниковий лазер, як поляризаційний куб та поляризатор використовують призми Глана-Тейлора, за кальцитовими клинами по ходу променя розташовані кристалічна плоскопаралельна пластина та об'єктив, причому головні оптичні осі пластини та клинів ортогональні.
Текст
Пристрій для вимірювання шорсткості поверхні, що містить джерело випромінювання, коліматор, який складається з мікрооб'єктива, Винахід відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний в галузях машино- та приладобудування, пов'язаних з контролем шорсткості полірованих поверхонь Прототипом запропонованого винаходу є пристрій, описаний в [1] Пристрій складається з джерела висококогерентного випромінювання (He-Ne лазер), коліматора, в який входить мікрооб'єктив, діафрагма та об'єктив, поляризаційного куба, чвертьхвильової пластинки, двох кристалічних клинів, що утворюють плоскопаралельну пластину і головні оптичні осі яких паралельні, поляризатора та фотоприймача Проте, використання He-Ne лазера спричиняє значні розміри вимірювальної системи Поляризаційний куб має малу апертуру прийому (до 2 градусів) Система з двох кристалічних клинів спричиняє не тільки поперечне зміщення між звичайним та незвичайним пучками, але й поздовжнє, що зменшує точність вимірювань Крім того, відбувається просторова фільтрація корисної інформації, що занижує значення середньоквадратичного відхилення профілю від базової лінії Метою винаходу є підвищення точності вимірювання середньоквадратичного відхилення профілю від базової лінії та зменшення габаритів вимірювальної системи Поставленої мети досягнуто тим, що в якості джерела випромінювання використовується напівпровідниковий лазер, в якості поляризаційного куба та поляризатора використовуються призми Глана-Тейлора, за кальцитовими клинами по ходу діафрагми та об'єктива, поляризаційний куб, чвертьхвильову пластинку, два кристалічні клини, що утворюють плоскопаралельну пластину, головні оптичні осі клинів, поляризатор та фотоприймач, який відрізняється тим, що як джерело випромінювання використовують напівпровідниковий лазер, як поляризаційний куб та поляризатор використовують призми ГланаТейлора, за кальцитовими клинами по ходу променя розташовані кристалічна плоскопаралельна пластина та об'єктив, причому головні оптичні осі пластини та клинів ортогональні променя розташовані кристалічна плоскопаралельна пластина, та об'єктив, причому головні оптичні осі пластини та клинів ортогональні ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "новизна" запропонованого винаходу забезпечує використання в якості джерела випромінювання напівпровідникового лазера, а в якості поляризаційного куба та поляризатора - призм Глана-Тейлора, а також те, що за кальцитовими клинами по ходу променя розташовані кристалічна плоскопаралельна пластина, та об'єктив, причому головні оптичні осі пластини та клинів ортогональні "Винахідницький рівень" запропонованого винаходу забезпечується новою сукупністю елементів, яка приводить до підвищення точності вимірювання середньоквадратичного відхилення профілю від базової лінії та зменшення габаритів вимірювальної системи Неочевидність розв'язку даної задачі випливає з того, що ні в одному з розглянутих нами аналогів винаходу не використовуються в якості поляризаційного куба та поляризатора призми ГланаТейлора, а за кальцитовими клинами по ходу променя не розташовані кристалічна плоскопаралельна пластина, та об'єктив, причому головні оптичні осі пластини та клинів ортогональні На фіг 1 наведена оптична схема винаходу для вимірювання середньоквадратичного відхилення профілю від базової лінії Rq шорстких поверхонь Винахід містить напівпровідниковий лазер 1, о 49709 коліматор 2, призми Глана-Тейтора 3 та 10, чвертьхвильову пластинку 4, поверхню, що досліджується 5, кристалічні клини 6 та 7, плоскопаралельну кристалічну пластину 8, об'єктив 9 та фотоприймач 11 Поляризація випромінювання напівпровідникового лазера така, що воно повністю відбивається призмою Глана-Тейлора 3 Подвійне проходження крізь чвертьхвильову пластинку 4, повертає площинну поляризації випромінювання на 90° Призми Глана-Тейлора 3 та 10, кристалічні клини 6 та 7 та кристалічна пластина 8 утворюють поляризаційний інтерферометр поперечного сканування Площини пропускання призм ГланаТейлора 4 та 10 складають кут 90° Головні оптичні осі кристалічних клинів 6 та 7 паралельні між собою, ортогональні до головної оптичної осі плоско паралельної кристалічної пластини 8 і складають кут 45° з площинами поляризації призм Глана-Тейлора Товщина плоско паралельної пластинки 8 дорівнює сумарній товщині кристалічних клинів 6 та 7 Таке розташування приводить до утворення звичайного та незвичайного променів з рівними інтенсивностями На рис 2 показано хід звичайного "о" та незвичайного "є" променів у такій системі Просторове розділення променів відбувається на виході з першого клина При нормальному падінні вхідного променя на поверхню пластини, що прилягає до прямого кута призми, кути заломлення звичайного та незвичайного променів фо та фе, визначаються із співвідношень smt//, = и де е - кут падіння, що дорівнює куту призми, р по та п е - показники заломлення звичайного та незвичайного пучків, ВІДПОВІДНО, П - показник заломлення оточуючого середовища Поздовжнє зміщення між звичайним та незвичайним пучками компенсується плоско паралельною пластиною з того ж матеріалу, що й клини, з товщиною рівною сумарній товщині клинів та орієнтацією головної оптичної осі ортогонально до орієнтації осі клинів Поперечне зміщення між пучками р і задається відстанню між клинами h і залежить від кута клина та двопроменезаломлення матеріалу клина З геометричної побудови на фіг 2 можна отримати ) Таким чином, р і ЛІНІЙНО залежить лише від h (параметри ер, ф0, фе - ПОСТІЙНІ ДЛЯ конкретної схемної реалізації) Прокалібрувавши такий інтерферометр (побудувавши залежність pi = f(h) = ah), можна починати вимірювання поперечної функції когерентності поля Для кальцитових клинів, з ф 6°, маємо а = 0,0171 Пристрій працює наступним чином (фіг 1) Випромінювання напівпровідникового лазера 1 поступає на вхід коліматора 2, що складається з мікрооб'єктива, діафрагми та об'єктива і який підвищує когерентність випромінювання напівпровід никового лазера та формує хвилю з плоским хвильовим фронтом Плоска хвиля повністю відбивається призмою Глана-Тейтора 3, проходить чвертьхвильову пластинку 4 і падає на поверхню, що досліджується 5 Подвійний прохід хвилею чвертьхвильової пластинки 4 призводить до повороту площини поляризації пучка на 90° Все відбите випромінювання проходить крізь поляризаційний інтерферометр поперечного сканування, утворений призмами Глана-Тейлора 4 та 10, кристалічними клинами 6 та 7 та плоскопаралельною кристалічною пластиною 8 Об'єктив 9 проектує зображення досліджуваної поверхні на приймальну площину фотоприймача 11 Відносний зсув пучків в інтерферометрі визначається відстанню між кпинами 6 та 7 Переміщення рухомого клину приводить до чергування мінімумів Imm та максимумів Ітах інтенсивності результуючого поля, які реєструються за допомогою фотоприймача 11 і за якими визначається поперечна функція когерентності поля Поперечна функція когерентності П_(р), як відомо, співпадає з поперечною функцією когерентності граничного поля Гу(р), і для відносного поперечного зсуву між змішуваними компонентами, більшими ніж радіус кореляції фазових неоднорідностей 1фо (для шорсткої поверхні він співпадає з кроком шорсткості), можна отримати [2] г _/ ; max * ' ї ї( I V „„pin *^ *• П inГ. (col , дисперсія фази шорсткої де -s поверхні Серед ньоквадратичне відхилення Rc знаходиться із співвідношення R= А і „ / шах * шш Переваги поляризаційного інтерферометра порівняно з іншими схемами, що використовуються на даний час полягають у віброзахищеності та високій роздільній здатності Таким чином, в інтерферометрі зсуву об'єктне поле штерферує з самим собою, а не з референтною хвилею, завдяки чому виявляється можливим контроль шорсткості поверхонь довільної форми, якщо їх радіуси кривизни перевищують 0,2м Точність визначення Rq розглянутими системами контролю шорсткості поверхні по вимірюванню поперечної функції поля визначається якістю оптичних деталей з яких вони виготовлені, і в окремих випадках досягає 2нм ЛІТЕРАТУРА 1 Ангельский О В , Магун И И , Максимяк П П , Бучковский И А , Перун Т О О возможностях корреляционно-оптической диагностики шероховатых поверхностей // Изв Рос АН, сер Физич 1992 -т 56, № 4 -С 100-109 2 Рытов С М , Кравцов Ю А , Татарский В И Введение в статистическую радиофизику Ч 2 Случайные поля / Под ред С М Рытова - М Наука, 1978 -464 с 49709 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюDevice for measuring surface roughness
Автори англійськоюMaksymiak Petro Petrovych
Назва патенту російськоюУстройство для определения шероховатости поверхности
Автори російськоюМаксимяк Петр Петрович
МПК / Мітки
МПК: G01B 11/30
Мітки: пристрій, шорсткості, вимірювання, поверхні
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-49709-pristrijj-dlya-vimiryuvannya-shorstkosti-poverkhni.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для вимірювання шорсткості поверхні</a>
Попередній патент: Спосіб лазерної поляриметричної доклінічної діагностики дегенеративно-дистрофічних змін кісткової тканини
Наступний патент: Штам всд-1 гриба blakeslea trispora – надпродуцент b-каротину
Випадковий патент: Підігрівник газових та рідинних середовищ