Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Приборы и методы измерения механических величин

Диссертационная работа:

Попов Юрий Николаевич. Разработка и исследование рефлектометрического метода измерения шероховатости сверхгладких металлических поверхностей : ил РГБ ОД 61:85-5/222

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава I. Анализ состояния измерения шероховатости сверхгладких поверхностей рефпектометрическим методом 9

1.1. Основные положения теории рассеяния электромагнитного излучения на статистически неровных поверхностях 9

1.2. Анализ статистических свойств сверхгладких поверхностей 16

1.3. Рефлектометрические 'сІфо.оШ измерения шероховатости сверхгладких поверхностей 29

Глава П. Теоретическое обоснованиё^азрабатываемых ре- фяектометрических способов измерения параметров ше роховатости сверхгладких поверхностей 37

2.1. Исследование решений, полученных скалярной и векторной теорией, для углового распределения рассеянного излучения 38

2.2. Определение спектральной плотности и функции корреляции сверхгладких поверхностей рефлек-тометрическим методом 52

2.3. Способ измерения параметров 6 и Т с использованием элементов индикатрисы рассеяния 59

2.4. Способ измерения 6 и Т с использованием зависимости потока рассеянного излучения от длины волны. 64

2.5. Теоретическое исследование чувствительности разрабатываемых рефлектометрических способов „А измерения '4

Глава Ш. Исследование методических погрешностей реф лектометрических способов 80

3.1. Общие вопросы определения погрешности рефлектометрических способов измерения шероховатости 80

3.2. Погрешности, возникающие за счет использования приближенных зависимостей 86

3.3. Погрешности, вызванные отличием свойств реальной поверхности от выбранной модели ЮЗ

3.4. Погрешности, связанные со схемой реализации метода LLU

Глава ІУ. Экспериментальные исследования шероховатости 0 образцов полированных металлических поверхностей -^

4.1. Описание гониорефлектометрической установки 131

4.2. Исследование инструментальных погрешностей гониорефлектометрической установки 143

4.3. Исследование шероховатости полированных металлических поверхностей по индикатрисам рассеяния 157

Глава У. Опробование разработанных рефлектометрических способов измерения параметров шероховатости 6 жТ 185

5.1. Сличение результатов измерения параметров шероховатости различными рефлектометрическими способами и щуповым методом 186

5.2. Разработка схем рефлектометров, предназначенных для реализации способа измерения параметров 6

ж Т с использованием элементов индикатрисы рас сеяния -1-95

5.3. Реализация способа измерения параметров 6 ж Т

с использованием зависимости потока рассеянного излучения от длины волны 204

Заключение 209

Литература 215

Приложение 223 

Введение к работе:

Современное развитие лазерной техники, оптики, микроэлектроники и других разделов науки и техники потребовало создания изделий с минимально возможной шероховатостью поверхности. Такие поверхности, называемые в дальнейшем сверхгладкими, работают в основном на взаимодействии с электромагнитным излучением. Сверхгладкими считаются поверхности, для которых отношение среднего квадратичес-кого отклонения высот неровностей 6 к длине волны излучения значительно меньше единицы. Для излучения видимого диапазона сверхгладкими являются поверхности, для которых 6 0,015 мкм.

Одной из задач, возникающих при изготовлении сверхгладких поверхностей, является измерение их шероховатости . Диапазон значений параметров шероховатости, свойственный сверхгладким поверхностям, практически не обеспечен средствами измерения. Необходимым этапом работ по созданию средств измерения шероховатости этих поверхностей является разработка метода измерения, положенного в основу разрабатываемых средств измерения.

Наиболее широко распространенными методами измерения, используемыми в выпускаемых промышленностью средствах измерения шероховатости поверхности, являются щуповой и интерференционный. Оба метода имеют ограниченные возможности для измерения шероховатости сверхгладких поверхностей. Щуповой метод имеет в этом случае следующие недостатки:

- необходимость контакта с контролируемой поверхностью;

- практическая нереализуемость измерения шероховатости в ходе технологического процесса;

- высокая трудоемкость определения параметров шероховатости по профилограммам поверхности.

Применение микроинтерферометра для контроля шероховатости сверхгладких поверхностей ограничено вследствие недостаточного разрешения и большой погрешности измерения. Наиболее перспективен для измерения шероховатости сверхгладких поверхностей рефлектометрический метод, основанный на использовании теоретических зависимостей, связывающих статистические параметры шероховатости поверхности и статистические параметры рассеянного на ней излучения. Эти зависимости получены в рамках дифракционной теории рассеяния волн на статистически неровных поверхностях. Рефлектометрический метод является бесконтактным, обладает высокой чувствительностью в требуемом диапазоне измерения параметров шероховатости поверхности, допускает возможность простой реализации. Достоинством применения рефлекто-метрического метода для контроля шероховатости сверхгладких поверхностей является также то, что теоретические зависимости, полученные для случая, когда о А , наиболее точно выполняются в диапазоне шероховатости, свойственном сверхгладким поверхностям.

Существующая фундаментальная теория рассеяния позволяет получить формулы для реализации рефлектометрического метода. Необходимо отметить, что по условиям измерения рефлектометрический метод имеет различные реализации, называемые в дальнейшем способами.

Для контроля качества сверхгладких поверхностей и совершенствования технологии их изготовления возникла потребность в разработке рефлектометрических способов измерения шероховатости , удовлетворяющих следующим требованиям:

- способ должен быть осуществим без использования образца сравнения;

- должен позволять проводить измерения двух параметров шерохо ватости, один из которых высотный,другой - шаговый;

- реализация способа должна быть достаточно простой и применимой для контроля как в лабораторных, так и в цеховых условиях.

Существующие рефлектометрические способы не удовлетворяют в полной мере этим требованиям.

Целью настоящей работы является теоретическое обоснование, исследование и разработка рефлектометрических способов измерения шероховатости сверхгладких металлических поверхностей, удовлетворяющих вышеизложенным требованиям.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие научные и практические задачи:

1. Проанализировать применимость векторной и скалярной теории рассеяния электромагнитных волн на статистически неровных поверхностях для определения двух параметров шероховатости сверхгладких поверхностей рефлектометрическим методом.

2. Провести теоретическое обоснование разрабатываемых рефлектометрических способов и на основании фундаментальной теории рассеяния получить теоретические зависимости, связывающие измеряемые потоки отраженного излучения с параметрами шероховатости поверхности, для этих способов.

3. Разработать методику определения корреляционной функции высот неровностей поверхности рефлектометрическим способом и обосновать выбор модели статистического описания сверхгладких поверхностей.

4. Провести метрологическое исследование разрабатываемых способов.

5. Разработать гониорефлектометрическую установку для измерения индикатрисы рассеяния на сверхгладких поверхностях.

6. Провести экспериментальные исследования шероховатости образ цов полированных металлических поверхностей разработанными ре-флектометричесними способами.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Решение скалярной теории, не учитывающей оптические константы материала поверхности, можно с достаточной точностью использовать в рабочих формулах предложенных рефлектометричес-ких способов измерения двух параметров шероховатости при абсолютном коэффициенте отражения поверхности, большем 40% и уг- лах падения7 близких к нормальному.

2. Корреляционная функция высот неровностей сверхгладких поверхностей может быть определена по результатам измерения индикатрисы рассеяния в плоскости падения с методической погрешностью, определяемой в основном дискретностью и диапазоном углов при измерении индикатрисы рассеяния.

3. Для измерения двух параметров шероховатости, высотного и шагового, рефлектометрическим способом без образца сравнения с использованием одной длины волны излучения необходимо измерить как минимум три потока излучения, один из которых зеркальный, а при измерении двух параметров рефлектометрическим способом без образца сравнения с использованием двух длин волн необходимо измерить как минимум четыре отраженных потока, два из которых зеркальные.

4. Наибольшей составляющей методической погрешности рефлек- тометрического способа измерения двух параметров шероховатости с использованием элементов индикатрисы рассеяния является погрешность, вызванная отличием реальной корреляционной функции от ее аппроксимации.

5. Наиболее точной однопараметрической зависимостью, аппроксимирующей корреляционную функцию полированных медных поверхностей, является лоренцева функция корреляции.

Практическое значение работы заключается в том, что разработанные рефлектометрические способы положены в основу создания рабочих и образцовых средств измерения шероховатости сверхгладких поверхностей. Один из способов измерения двух параметров шероховатости реализован на серийно выпускаемом спектрофотометре СФ-І8, что облегчает его широкое внедрение. Область применения результатов исследования источников методической погрешности не ограничена разработанными в настоящей работе рефлектометрическими способами. Эти результаты могут быть использованы во вновь разрабатываемых способах измерения двух и более параметров шероховатости. Особенно это касается погрешности, связанной с отличием абсолютного коэффициента отражения от I. Значение этой составляющей погрешности возрастает с распространением разработанных способов на измерение шероховатости плохо отражающих материалов, таких, как полупроводники, кристаллы, стекло и т.п.

Подобные работы
Жарков Владислав Владимирович
Разработка и исследование методов и средств диагностики электрических машин на основе измерения их полей рассеяния
Рущенко Нина Геннадиевна
Исследование и разработка методов решения задачи синтеза высокооднородного магнитного поля в МР-томографе
Киселев Сергей Константинович
Разработка и исследование методов и средств автоматизации поверки щитовых электроизмерительных приборов
Бабаев Сергей Сергеевич
Разработка координатного метода и средства измерения угла и параметров отклолнений формы конических поверхностей деталей машин
Рухадзе Вилгений Александрович
Разработка, исследование и конструрирование по заданным характеристикам автономных устройств вывода усилия и перемещения из полости избыточного давления
Паллаг Сергей Петрович
Исследование и разработка новых принципов построения ультразвуковых измерителей уровня нестационарных сред
Шукис Зигмантас Йонович
Разработка и исследование измерительных преобразователей координат положения головы наблюдателя относительно объекта наблюдения
Куратов Константин Александрович
Разработка и исследование помехоустойчивых алгоритмов обнаружения и оценивания временных параметров сигналов в системах сбора и обработки данных
Тихоненков Евгений Владимирович
Исследование и разработка способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков механических величин
Романова Елена Владимировна
Разработка и исследование технических и организационных мероприятий, обеспечивающих повышение эффективности производства щитовых электроизмерительных приборов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net