CC BY
54
УДК 681.723.26; 681.786.5
И.А. Выхристюк, Р.В. Куликов, А.К. Поташников, Е.В. Сысоев, В.В. Широков КТИ НП СО РАН, Новосибирск
ЗАВИСИМОСТЬ ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО ПРОФИЛОМЕТРА ОТ ДЛИНЫ КОГЕРЕНТНОСТИ СВЕТА
Рассмотрено влияние длины когерентности источника света на случайную погрешность измерений микрорельефа поверхности методом дифференциальных интерферограмм в интерферометре продольного сдвига. Получена ее зависимость от длины когерентности. Показано, что на один микрометр увеличения длины когерентности погрешность измерений увеличивается на 0,03 мкм.
I.A. Vykhristyuk, R. V Kulikov, A.K. Potashnikov, E. V Sysoev, V.V. Shirokov TDI SIE SB RAS, Novosibirsk
MICRORELIEF MEASUREMENT ERRORS CAUSED BY COHERENCE LENGTH IN WHITE LIGHT INTERFEROMETER
Influence of coherence length in white light interferometer on measurement error of the differential interferogram method was considered. Dependence of measurement error caused by coherence length of light source was obtained. It was shown that increase of coherence length leads to decrease of measurement accuracy 0,03 mkm on 1 mkm coherence length increase.
В настоящие время методы низкокогерентной интерферометрии широко используются для контроля качества поверхностей [1]. Интерференционные измерительные системы отличаются бесконтактностью, высокими быстродействием и разрешающей способностью измерений. Одной из важных задач проектирования таких систем является исследование путей снижения погрешности измерений [2].
В данной работе приводятся результаты исследований погрешность измерений микрорельефа поверхности методом дифференциальных интерферограмм [3] в зависимости от длины когерентности используемого в интерферометре света.
Исследования проводились методом математического моделирования и в натурных экспериментах. Программная модель позволяла изменять такие параметры как: длина волны, длина когерентности света, тип рельефа
поверхности и др.
Эксперименты выполнялись на установке, основанной на интерферометре Линника с интерференцией в сходящихся пучках света [4]. В качестве
источника света были использованы светодиоды и галогенная лампа. Спектральная плотность мощности излучения для них измерялась спектрометром «Колибри-2».
В качестве объекта измерения использовалась плоская поверхность стеклянной пластинки, наклоненная к оси интерферометра 2 под углом ~2°. Погрешность измерения рассчитывалась как среднеквадратичное отклонение измеренного рельефа поверхности пластинки от заданного. Для модельных экспериментов формировалась плоская поверхность с таким же наклоном, как и в эксперименте. В обоих случаях сканирование производилось с шагом 1 мкм. Уровень шума в интерферограммах составлял 9 %. На рис. 1 представлены графики погрешности измерений.
Рис. 1. Зависимость погрешности є от длины когерентности і рассчитанная по результатам измерений рельефа поверхности - є1 для источников света:
1 - галогенная лампа (і1 = 2,42 мкм, Х1 = 597,23 нм); 2, 3, 4 - светодиоды (¡2 = 6,03 мкм, Х2 = 534,47 нм; 13 = 6,8 мкм, Х3 = 467,18 нм; ¡4 = 20,51 мкм, Х4 = 629,39 нм); по результатам моделирования процесса измерения - є2
Как видно из графиков (рис. 1), при увеличении длины когерентности источника света на один микрометр, погрешность измерений возрастает приблизительно на 0,03 мкм. Полученные зависимости позволяют выбрать оптимальный источник света из условия минимизации максимальной допускаемой погрешности при измерении рельефа поверхности методом дифференциальных интерферограмм.
Получена зависимость величины случайной погрешности от длины когерентности при измерении рельефа поверхности методом дифференциальных интерферограмм. Показано, что при увеличении длины когерентности источника света на один микрометр погрешность измерений возрастает приблизительно на
0,03 мкм.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке новых высокоточных измерительных систем для контроля продукции промышленного производства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. David J. Aziz Interferometrie measurement of surface roughness in engine cylinder walls // Optical Engineering. - 1998. - V. 37. - Issue 5. - p. 1429-1434.
2. Claus Richter, Bernhard Wiesner, Reinhard Groß and Gerd Häusler White-light interferometry with higher accuracy and more speed // Fringe 2005: the 5th International Workshop on Automatic Processing of Fringe Patterns. - p. 605-612.
3. Е.В. Сысоев, И.В. Голубев Способ измерения профиля поверхности. Патент РФ № 2245515, 2005.
4. Е.В.Сысоев, И.А.Выхристюк, РВ.Куликов, А.К.Поташников, В.А.Разум, Л.М. Степнов Интерференционный микроскоп-профилометр // Автометрия. -2010. - №2. - T. 46. - c. 119-128.
© И.А. Выхристюк, Р.В. Куликов, А.К. Поташников,
Е.В. Сысоев, В.В. Широков, 2011
