Профилометр

Полезная модель относится к оптике и может быть использована в системах контроля шероховатости поверхности.
В качестве прототипа выбран виброустойчивый оптический профилометр (пат. России на полезную модель №117610, от 27.06.2012, бюл. №18, МПК G01B 11/00), который содержит линзу, оптически связанную с плоскостью, в которой расположены два поляризационных светофильтра, при этом каждый из поляризационных светофильтров оптически связан с фазовым модулятором, последовательно с которым на одной оптической оси установлен анализатор поляризации, и установлена оптически с ним связанная призма Френеля, выход которой оптически связан с линзой, причем так, что лучи, прошедшие сквозь призму Френеля, фокусируются линзой на фотоприемной матрице, оптически связанной с линзой, отличающийся тем, что главная оптическая ось одного из поляризационных светофильтров повернута относительно оси другого на угол 90°, а главная оптическая ось анализатора ориентирована под углом 45° к оптическим осям поляризационных светофильтров, при этом анализатор оптически связан с призмой Френеля так, что грань призмы, лежащая в плоскости симметрии призмы, расположена параллельно границе, разделяющей два поляризационных светофильтра, помимо этого призма Френеля оптически связана с линзой, а та в свою очередь - с фотоприемной матрицей.
Недостатки данного устройства: малая точность, ограниченность применения для прозрачных объектов.
В основу полезной модели поставлена задача повысить точность диагностики профиля поверхности за счет применения сингулярности волнового фронта - оптического вихря.
Задача решается тем, что профилометр, включающий фотоприемную матрицу, дополнительно содержит лазер, устройство управления, формирователь вихря, исследуемую поверхность, интерферометр, причем устройство управления соединено с лазером, формирователем вихря, фотоприемной матрицей, излучение лазера передается на формирователь вихря и интерферометр, формирователь вихря передает излучение на исследуемую поверхность, исследуемая поверхность передает излучение на фотоприемную матрицу, интерферометр передает излучение на фотоприемную матрицу, на которой происходит интерференция излучения с исследуемой поверхности и интерферометра.
Общими с прототипом признаками технического решения является:
- фотоприемная матрица.
Отличительными признаками технического решения являются:
- устройство управления;
- лазер;
- формирователь вихря;
- исследуемая поверхность;
- интерферометр.
Совокупность существенных признаков обеспечивает повышение точности диагностики профиля поверхности и расширение перечня исследуемых поверхностей за счет введения дополнительных конструктивных элементов.
Сущность технического решения объясняет схема профилометра на фиг. 1.
Профилометр содержит лазер 1, устройство управления 2, формирователь вихря 3, фотоприемную матрицу 4, исследуемую поверхность 5, интерферометр 6, причем устройство управления 2 соединено с лазером 1, формирователем вихря 3, фотоприемной матрицей 4, излучение лазера 1 передается на формирователь вихря 3 и интерферометр 6, формирователь вихря 3 передает излучение на исследуемую поверхность 5, исследуемая поверхность 5 передает излучение на фотоприемную матрицу 4, интерферометр 6 передает излучение на фотоприемную матрицу 4, на которой происходит интерференция излучения с исследуемой поверхности 5 и интерферометра 6.
Профилометр работает следующим образом. В качестве исследуемой поверхности 5 помещается образец с профилем известной шероховатости. Устройство управления 2 подает сигнал включения лазера на лазер 1 и подает сигнал формирования сингулярности волнового фронта - оптического вихря [1] на формирователь вихря 3. Лазерное излучение от лазера 1 передается на интерферометр 6 и формирователь вихря 3, где формируется сингулярность волнового фронта - оптический вихрь, который представляет собой трубчатое поле [1]. Оптический вихрь с формирователя оптического вихря 3 передается на исследуемую поверхность 5. Взаимодействие оптического вихря с профилем исследуемой поверхности 5 изменяет параметры оптического вихря, в частности поворот фазового геликоида [1], угол которого является пропорциональным высоте рельефа исследуемой поверхности. Поворот фазового геликоида оптического вихря можно контролировать с помощью фотоприемной матрицы 4, на которой происходит интерференция излучения от исследуемой поверхности 5 - оптического вихря и интерферометра 6. Фотоприемная матрица 4 передает данные о параметрах фазового геликоида оптического вихря на устройство управления 2, которое накапливает данные и передает их для дальнейшей обработки внешним устройствам. Устройство управления 2, получив данные о параметрах оптического вихря для образца с профилем известной шероховатости, производит аналогичные действия для иных образцов с другой степенью шероховатости. Таким образом, производится построение калибровочной таблицы значений, по которой строится интерполяционная функция. Для определения шероховатости тестируемых образцов в качестве исследуемой поверхности используется тестируемый образец. При этом устройство управления 2 подает сигнал включения лазера на лазер 1 и подает сигнал формирования оптического вихря на формирователь вихря 3. Лазерное излучение от лазера 1 передается на интерферометр 6 и формирователь вихря 3, где формируется оптический вихрь. Оптический вихрь с формирователя оптического вихря 3 попадает на исследуемую поверхность 5. Взаимодействие оптического вихря с исследуемой поверхностью 5 изменяет параметры оптического вихря, контролируемые с помощью фотоприемной матрицы 4, на которой происходит интерференция излучения от исследуемой поверхности 5 - оптического вихря и интерферометра 6. Фотоприемная матрица 4 передает данные о параметрах фазового геликоида оптического вихря на устройство управления 2, которое, подставляя эти данные в интерполяционную функцию, передает значение величины шероховатости тестируемого образца внешним устройствам.
Пример исполнения. В качестве лазера может использоваться лазер ЛГН-208 А с длиной волны 632,8 нм, мощностью 2 мВт. В качестве формирователя вихря может использоваться пространственный световой модулятор SLM lc 2012. Устройством управления может выступать микроконтроллер КР1878 ВЕ1. В качестве фотоприемной матрицы может использоваться пзс-матрица icx228al.
Профилометр обеспечивает повышение точности диагностики профиля поверхности и расширение перечня исследуемых поверхностей за счет введения дополнительных конструктивных элементов
Список литературы:
1. Короленко В.П. Оптические вихри / В.П. Короленко // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №6. с. 94-99.