[go: up one dir, main page]

RU2092789C1 - Device measuring surface roughness - Google Patents

Device measuring surface roughness Download PDF

Info

Publication number
RU2092789C1
RU2092789C1 RU94033271A RU94033271A RU2092789C1 RU 2092789 C1 RU2092789 C1 RU 2092789C1 RU 94033271 A RU94033271 A RU 94033271A RU 94033271 A RU94033271 A RU 94033271A RU 2092789 C1 RU2092789 C1 RU 2092789C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
measured
angle
normal
receivers
Prior art date
Application number
RU94033271A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94033271A (en
Inventor
П.Н. Емельянов
Original Assignee
Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" filed Critical Московский государственный технологический университет "СТАНКИН"
Priority to RU94033271A priority Critical patent/RU2092789C1/en
Publication of RU94033271A publication Critical patent/RU94033271A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2092789C1 publication Critical patent/RU2092789C1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement of surface roughness. SUBSTANCE: device has five detectors 13-17 of radiation reflected from surface placed in symmetry with reference to image direction. Computer of device generates averaged value of roughness parameters. EFFECT: increased accuracy of measurement of surface roughness of parts manufactured from material which reflecting properties depend on angle of light incidence. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров шероховатости поверхности, обработанной в машиностроении. The invention relates to measuring technique and can be used for non-contact measurement of surface roughness parameters processed in mechanical engineering.

Известно устройство для определения параметров шероховатости, содержащее последовательно расположенные на одной оси и устанавливаемые под острым углом к измеряемой поверхности источник монохроматического излучения, модулятор, оптическую систему, приемник излучения со светофильтрами и электронным блоком обработки сигналов. Устройство снабжено последовательно установленными перед светофильтрами по ходу отражаемых от контролируемой поверхности лучей маской, имеющей два кольцевых концентрических и круглое отверстие в центре маски, а также тремя подвижными шторками, каждая из которых путем перемещения по очереди открывает через то или иное отверстие ход лучей в объектив для измерения приемником сигнала [1] Недостатком этого устройства является неодновременность измерения отраженных потоков, что может служить причиной возникновения погрешности из-за возможной нестабильности мощности источника излучения в процессе последовательных измерений. A device for determining the roughness parameters is known, which comprises a monochromatic radiation source, a modulator, an optical system, a radiation receiver with light filters and an electronic signal processing unit that are sequentially located on the same axis and mounted at an acute angle to the measured surface. The device is equipped with a mask sequentially installed in front of the light filters along the rays reflected from the surface to be monitored, having a two concentric rings and a circular hole in the center of the mask, as well as three movable shutters, each of which, by moving in turn, opens the rays through the hole to the lens for measurements by the signal receiver [1] The disadvantage of this device is the non-simultaneous measurement of reflected flows, which may cause an error due to the possible the instability of the power of the radiation source during successive measurements.

Известно другое устройство рефлектомера, которое является наиболее близким к изобретению по технической сущности [2] Устройство содержит источник монохроматического излучения, модулятор, оптическую систему, направляющую параллельный пучок излучения на измеряемую поверхность, три приемника излучения, одновременно поступающего в приемник через диафрагмы, расположенные под углами θ1, θ2 и θ3 относительно нормали к контролируемой поверхности. Затем измеренные нановольтметром сигналы поступают в блок обработки с микропроцессором, где по отношениям измеренных сигналов вычисляются параметры шероховатости контролируемой поверхности.Another reflectometer device is known, which is closest to the invention in technical essence [2] The device comprises a monochromatic radiation source, a modulator, an optical system directing a parallel radiation beam to the measured surface, three radiation receivers simultaneously entering the receiver through diaphragms located at angles θ 1 , θ 2 and θ 3 relative to the normal to the controlled surface. Then, the signals measured by a nanovoltmeter enter the processing unit with a microprocessor, where the roughness parameters of the surface under control are calculated from the ratios of the measured signals.

Наличие трех приемников излучения в плоскости падения позволяет одновременно измерить отраженные в трех направлениях θ1, θ2 и θ3 потоки при постоянном угле падения излучения, что исключает погрешность за счет нестабильности мощности источника излучения. Недостатком является то обстоятельство, что в устройстве не учитывается неодинаковость коэффициента отражения для разных углов отражения θ1, θ2 и θ3, т.е. при вычислениях параметров шероховатости предполагается, что значение коэффициента для всех трех направлений одинаково.The presence of three radiation detectors in the plane of incidence makes it possible to simultaneously measure the fluxes reflected in the three directions θ 1 , θ 2 and θ 3 at a constant angle of incidence of radiation, which eliminates the error due to the instability of the radiation source power. The disadvantage is the fact that the device does not take into account the uneven reflection coefficient for different reflection angles θ 1 , θ 2 and θ 3 , i.e. when calculating the roughness parameters, it is assumed that the coefficient value is the same for all three directions.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерений. An object of the invention is to increase the accuracy of measurements.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено дополнительно двумя приемниками излучения с нейтральными светофильтрами и с диафрагмами, установленными в плоскости падения излучения, из них одна под углом

Figure 00000002
к нормали к поверхности, другая под углом
Figure 00000003
, т. е. по направлениям распространения лучей, симметричным направлениям, определяемым углами θ2 и θ3 соответственно, относительно зеркально отраженного луча с углом θ1.The technical result is achieved by the fact that the device is additionally equipped with two radiation receivers with neutral filters and with apertures installed in the plane of radiation incidence, one of them at an angle
Figure 00000002
normal to the surface, the other at an angle
Figure 00000003
i.e., in the directions of ray propagation, symmetrical to the directions determined by the angles θ 2 and θ 3, respectively, relative to the specularly reflected ray with an angle θ 1 .

Усреднение результатов измерений попарно для симметричных направлений позволяет учесть различия в назначениях коэффициента отражения для разных углов наблюдения отраженного излучения и тем самым расширить функциональные возможности метода контроля поверхностей, для которых зависимость коэффициента отражения от угла падения излучения существенна. Таким образом, повышается точность измерения параметров шероховатости. Averaging the measurement results in pairs for symmetrical directions allows one to take into account differences in the designations of the reflection coefficient for different viewing angles of reflected radiation and thereby expand the functionality of the surface monitoring method for which the dependence of the reflection coefficient on the angle of incidence of radiation is significant. Thus, the accuracy of measuring the roughness parameters is increased.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения параметров шероховатости. The drawing shows a schematic diagram of a device for measuring roughness parameters.

Устройство содержит источник поляризованного монохроматического излучения 1, направляющий параллельный пучок своего излучения на измеряемую поверхность 2 под острым углом θ1, приемники излучения 13 17 с диафрагмами 8 12, расположенными в плоскости падения излучения соответственно под углом θ1 зеркального отражения, под углом θ2, отличающимся от угла θ1, под углом θ3, отличающимся от углов θ1 и θ2, под углом

Figure 00000004
и под углом
Figure 00000005
, нейтральные светофильтры 3 7, электронно-измерительный блок отработки сигналов 18 с интерфейсом 19, от которого информация поступает в микропроцессорное вычислительное устройство 20.The device contains a source of polarized monochromatic radiation 1, directing a parallel beam of its radiation to the measured surface 2 at an acute angle θ 1 , radiation receivers 13 17 with apertures 8 12 located in the plane of incidence of the radiation, respectively, at an angle θ 1 of mirror reflection, at an angle θ 2 , different from angle θ 1 , at angle θ 3 , different from angles θ 1 and θ 2 , at angle
Figure 00000004
and at an angle
Figure 00000005
, neutral filters 3 7, an electronic measuring unit for processing signals 18 with an interface 19, from which information is supplied to the microprocessor computing device 20.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Параллельный пучок поляризованного монохроматического излучения, выходящий из источника излучения 1, направляется на измеряемую поверхность 2 под острым углом θ1 относительно нормали к ней. Отраженное в пяти направлениях, излучение через нейтральные светофильтры 3 7 и диафрагмы 8 - 12, расположенные в плоскости падения, соответственно под углом θ1 зеркального отражения, под углом θ2, отличающимся от угла θ1 зеркального отражения, под углом θ3, отличающимся от углов θ1 и θ2, под углом

Figure 00000006
, равным разности 2θ1 - θ2, и под углом
Figure 00000007
, равным разности 2θ1 - θ3. От приемников излучения электрический сигнал, пропорциональный интенсивности отраженного излучения, подается в электронно-измерительный блок обработки сигнала 18 и через блок интерфейса 19 в микропроцессорное вычислительное устройство 20, которое служит для вычисления по значениям попарно двух отношений измеренных интенсивностей
Figure 00000008

параметров шероховатости среднего квадратического отклонения высот неровностей σ и σ′ и интервала корреляции l0 и l0'. Затем вычисляют средние арифметические значения σср= 0,5(σ + σ′) и
Figure 00000009
, которые принимаются за истинные значения среднего квадратического отклонения высот неровностей и интервала корреляции.A parallel beam of polarized monochromatic radiation emerging from the radiation source 1 is directed to the measured surface 2 at an acute angle θ 1 relative to the normal to it. Reflected in five directions, radiation through neutral filters 3 7 and apertures 8 - 12 located in the plane of incidence, respectively, at an angle θ 1 of specular reflection, at an angle θ 2 different from the angle θ 1 of the specular reflection, at an angle θ 3 different from angles θ 1 and θ 2 , at an angle
Figure 00000006
equal to the difference 2θ 1 - θ 2 , and at an angle
Figure 00000007
equal to the difference 2θ 1 - θ 3 . From the radiation receivers, an electric signal proportional to the intensity of the reflected radiation is supplied to the electronic measuring signal processing unit 18 and through the interface unit 19 to the microprocessor computing device 20, which is used to calculate two ratios of the measured intensities from values in pairs
Figure 00000008

roughness parameters of the mean square deviation of the roughness heights σ and σ ′ and the correlation interval l 0 and l 0 '. Then calculate the arithmetic mean values σ cf = 0.5 (σ + σ ′) and
Figure 00000009
, which are taken as the true values of the mean square deviation of the roughness heights and the correlation interval.

Наличие попарно установленных приемников излучения под углами

Figure 00000010
при условии, что θ2 > θ1 и θ3 > θ1, а
Figure 00000011
, позволяет существенно повысить точность вычисления параметров шероховатости по измеренным потокам излучения, поступившего в эти приемники, поскольку, если в приемники, расположенные по одну сторону от зеркального отраженного луча, поток излучения поступает с меньшим коэффициентом отражения, чем коэффициент отражения зеркального луча, то в приемники, расположенные по другую сторону от зеркально отраженного луча, поток излучения поступает с большим коэффициентом отражения, чем коэффициент отражения зеркального луча. Поэтому в первом случае исходное для вычисления параметров шероховатости отношение R измеренных потоков излучения будет меньше теоретического, принимаемого в расчетных формулах, а в другом случае наоборот. Поэтому итоговое значение параметров шероховатости, полученное как полусумма их вычисленных значений по результатам измерений в двух симметрично расположенных приемниках излучения, уменьшают погрешность определения параметров шероховатости.The presence of pairwise mounted radiation receivers at angles
Figure 00000010
provided that θ 2 > θ 1 and θ 3 > θ 1 , and
Figure 00000011
, allows to significantly increase the accuracy of calculating the roughness parameters from the measured fluxes of radiation received at these receivers, because if the receivers located on one side of the specular reflected beam, the radiation flux arrives with a lower reflectance than the reflectance of the specular beam, then to the receivers located on the other side of the specularly reflected beam, the radiation flux arrives with a greater reflection coefficient than the reflectance of the mirror beam. Therefore, in the first case, the ratio R of the measured radiation fluxes, initial for calculating the roughness parameters, will be less than the theoretical one adopted in the calculation formulas, and in the other case, vice versa. Therefore, the final value of the roughness parameters, obtained as a half-sum of their calculated values from the results of measurements in two symmetrically located radiation receivers, reduce the error in determining the roughness parameters.

Указанное обстоятельство имеет существенное значение в случае контроля шероховатых поверхностей из материалов, для которых коэффициент отражения зависит от угла падения излучения. Для каждого угла наблюдения θi отраженное излучение в зоне фраунгофера формируется путем отражения от микрограней неровностей поверхности, имеющих определенный наклон. Для каждой микрограни угол падения излучения отсчитывается от локальной нормали к этой микрограни. Таким образом, в этих случаях имеют место локальные значения коэффициентов отражения для каждой микрограни, отличающейся своим наклоном, и, следовательно, в итоге для каждого угла наблюдения θi/ . Эти коэффициенты отражения отличаются от коэффициента отражения для зеркального направления под углом θ1.This circumstance is essential in the case of control of rough surfaces made of materials for which the reflection coefficient depends on the angle of incidence of radiation. For each observation angle θ i, reflected radiation in the Fraunhofer zone is formed by reflection of surface irregularities from the micro facets having a certain slope. For each microface, the angle of incidence of radiation is counted from the local normal to this microface. Thus, in these cases, there are local values of the reflection coefficients for each microface, which differs in its slope, and, therefore, as a result, for each observation angle θ i / . These reflection coefficients differ from the reflection coefficient for the mirror direction at an angle θ 1 .

Приравнивание отношений измеренных интенсивностей потоков

Figure 00000012
их теоретическому выражению для последующего вычисления параметров шероховатости вносит погрешность в определение этих параметров, так как теоретические зависимости интенсивностей от параметров шероховатости получены для постоянных значений коэффициента отражения, не зависящих от угла θi. Поэтому реализуемое в устройстве усреднение вычисленных значений параметров шероховатости повышает точность их определения.Equating the ratios of measured flow intensities
Figure 00000012
their theoretical expression for the subsequent calculation of the roughness parameters introduces an error in the determination of these parameters, since the theoretical dependences of the intensities on the roughness parameters were obtained for constant values of the reflection coefficient, independent of the angle θ i . Therefore, the averaging of the calculated values of the roughness parameters implemented in the device increases the accuracy of their determination.

Одновременность измерений отраженных в пяти направлениях потоков излучения исключает погрешность за счет нестабильности мощности источника излучения. Наличие нейтральных светофильтров позволяет более точно в пределах одной шкалы электронно-измерительного блока измерить отличающиеся в несколько раз отраженные потоки. The simultaneity of measurements of radiation fluxes reflected in five directions eliminates the error due to the instability of the radiation source power. The presence of neutral filters allows more accurate measurements of reflected flows that differ several times over within the same scale of the electronic measuring unit.

Claims (1)

Устройство для измерения шероховатости поверхности, содержащее источник поляризованного монохроматического излучения с параллельным пучком излучения, установленный под острым углом θ1 к нормали к измеряемой поверхности, три приемника излучения с диафрагмами и нейтральными светофильтрами, расположенными перед диафрагмами, причем первый приемник излучения установлен по направлению зеркально отраженного от измеряемой поверхности излучения под острым углом θ1 к нормали к измеряемой поверхности, а второй и третий приемники излучения соответственно по направлениям диффузно отраженного от измеряемой поверхности излучения под углами θ2 и θ3 к нормали к измеряемой поверхности, при этом θ1 ≠ θ2 ≠ θ3, а также электронно-измерительный блок обработки сигналов, выход которого через интерфейс соединен с входом микропроцессорного вычислительного устройства, а выходы приемников излучения соединены с соответствующими входами электронно-измерительного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены четвертый и пятый приемники излучения, установленные по направлениям диффузно отраженного от измеряемой поверхности излучения симметрично соответственно второму и третьему приемникам излучения относительно зеркально отраженного от измеряемой поверхности излучения и соответственно под углами θ 1 2 = 2θ1 - θ2 и θ 1 3 = 2θ1 - θ3 к нормали к измеряемой поверхности и соединены с соответствующими входами электронно-измерительного блока.A device for measuring surface roughness, containing a source of polarized monochromatic radiation with a parallel radiation beam, mounted at an acute angle θ 1 to the normal to the measured surface, three radiation receivers with diaphragms and neutral light filters located in front of the diaphragms, the first radiation receiver being installed in the direction of mirror reflection radiation from the measured surface at an acute angle θ 1 with the normal to the surface being measured, and the second and third radiation detectors ootvetstvenno the directions diffusely reflected from the measured surface emission angles θ 2 and θ 3 to the normal to the surface to be measured, with θ 1 ≠ θ 2 ≠ θ 3, and an electron-measuring signal processing unit, the output of which the interface is connected to an input of the microprocessor computing device, and the outputs of the radiation receivers are connected to the corresponding inputs of the electronic measuring unit, characterized in that the fourth and fifth radiation receivers are additionally inserted into it, installed in a directional pits diffusely reflected radiation from the measured surface symmetrically respectively second and third radiation receivers relative to the specularly reflected radiation from the measured surface and respectively at angles θ one 2 = 2θ 1 - θ 2 and θ one 3 = 2θ 1 - θ 3 to the normal to the measured surface and connected to the corresponding inputs of the electronic measuring unit.
RU94033271A 1994-09-12 1994-09-12 Device measuring surface roughness RU2092789C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94033271A RU2092789C1 (en) 1994-09-12 1994-09-12 Device measuring surface roughness

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94033271A RU2092789C1 (en) 1994-09-12 1994-09-12 Device measuring surface roughness

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94033271A RU94033271A (en) 1996-07-27
RU2092789C1 true RU2092789C1 (en) 1997-10-10

Family

ID=20160401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94033271A RU2092789C1 (en) 1994-09-12 1994-09-12 Device measuring surface roughness

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2092789C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1067350, кл. G 01 B 11/30, 1982 2. Авторское свидетельство СССР N 987381, кл. G 01 B 11/30, 1981 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94033271A (en) 1996-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0001178B1 (en) An optical sensing instrument
EP0214845B1 (en) Device and method for determining displacement
EP0397388A2 (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin films
EP0279347B1 (en) Optical axis displacement sensor
EP0792438B1 (en) Method and device for determining the thickness of a layer applied to an optical fiber
US5914785A (en) Method and apparatus for making absolute range measurements
JPH04157339A (en) Particle diameter and velocity measuring instrument
RU2092789C1 (en) Device measuring surface roughness
US4425041A (en) Measuring apparatus
Larichev et al. An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry
US5321495A (en) Optical detecting system for determining particle position on a substrate
JPS60142204A (en) Dimension measuring method of object
JPH02114146A (en) Method and device for measuring crack length and strain in structure part and test piece
RU2156437C2 (en) Gear determining surface roughness
GB2226880A (en) Particle sizing
Landman et al. A flexible industrial system for automated three-dimensional inspection
JPH0850007A (en) Method and apparatus for evaluating film thickness
RU2035721C1 (en) Method of checking transparency of flat light-translucent materials
JP2532922B2 (en) Object shape measurement method
SU987381A1 (en) Reflectometer for measuring super-smooth surface roughness parameter
JPH0593613A (en) Minute interval measuring device and method
SU1601514A1 (en) Device for checking roughness of surface of articles
JPH0495859A (en) Optically inspecting apparatus for printed board
SU769323A1 (en) Device for determining roughness class of polished metallic surfaces of articles
JPS62116204A (en) Method and apparatus for measuring contact area