3. Определение шероховатости поверхности на интерференционном микроскопе

1. Устройство прибора

Интерференционный микроскоп предназначен для измерения неровностей поверхности высотой от 0,03 до 1 мкм.

Общий вид прибора представлен на рис. 5. При измерениях интерференционный микроскоп устанавливают вдали от источников вибраций на основании 5 с демпфирующей подкладкой. Осветитель 8 включается в сеть через трансформатор. Под углом 70° к вертикальной оси прибора расположен визуальный тубус, на конец которого закрепляется окулярный микрометр 7. Контролируемую деталь 2 кладут исследуемой поверхностью вниз на предметный столик 1, который может перемещаться в двух направлениях посредством микрометрических винтовых устройств 3. Фокусировка осуществляется с помощью накатанной микрометрической головки 4. Интерференционную картину можно сфотографировать с помощью камеры 6.

3.2. Оптическая схема и принцип действия прибора

Нить лампы 1 (рис. 6) проектируется конденсором 2 в плоскость апертурной диафрагмы 3. Полевая диафрагма 4, расположенная в фокальной плоскости объектива 5, изображается им в бесконечности. Параллельный пучок лучей по выходе из объектива 5 падает на разделительную полупрозрачную пластинку 8, которая делит его на два. Один пучок, отраженный от пластинки 8, собирается в фокусе объектива 7 на измеряемой поверхности 6. Второй пучок, пройдя разделительную пластинку, падает на компенсатор 9 и собирается в фокусе объектива 10 на зеркале 11. Отраженные от зеркала 11 и прове­ряемой поверхности 6 пучки лучей снова проходят объективы 7 и 10 и с помощью полупрозрачной пластины 8 и зеркала 14 направляются на объектив 13, который дает в фокальной плоскости окуляра 12 изображение проверяемой поверхности и систему интерференционных полос на ней. При фотографировании интерференционной картины зеркало 14 выводят из хода лучей и с помощью объектива 15 и зеркала 17 лучи направляют на Фотопленку, помещенную в кадровом окне 16.

Принцип действия прибора основан на интерференции света. В качестве разделяющей системы используется наклонная пластинка, одна из поверхностей которой покрыта полупрозрачным светоделительным слоем. При падении света на такую пластинку половина его отразится, а половина пройдет сквозь пластинку, в результате образуются два когерентных пучка света, или две системы волн, способных интерферировать. Если бы контролируемая поверхность была идеально гладкой и плоской, то на ней возникли бы прямые параллельные интерференционные полосы. Шаг полос b (расстояние между соседними полосами) для белого света при любом масштабе увеличения соответствует половине длины световой волны микрона. При наличии неровностей на исследуемой поверхности полосы в этих местах искривляются. Высоты неровностиН можно определить, сравнивая ве­личину искривления α с шагом полос b по формуле:

Рис. 5. Интерференционный микроскоп

Рис. 6. Оптическая схема интерференционного микроскопа

3.3. Подготовка прибора и выполнение измерений

1. Подготовить деталь для измерения и положить ее на предметный столик прибора наблюдаемой поверхностью вниз (к объективу).

2. Включить освещение. Сфокусировать объектив очень медленным вращением микрометрического винта 4 (рис. 5). В поле зрения должны быть интерференционные полосы.

3. Окулярный микрометр установить на тубус микроскопа до упора, развернуть так, чтобы одна из нитей перекрестия была направлена вдоль интерференционных полос, и закрепить его.

4. Измерить расстояние между интерференционными полосами 4. Для этого нить перекрестия, которая выровнена вдоль полос, совместить с одной из полос, как показано на рис. 7. Снять отсчет N₁ по шкале барабана окулярного микрометра. Вращением барабана пере­местить нить до соседней полосы и снять отсчет N₂ . Шаг полос в делениях барабана: .

Рис. 7. Схема измерения

5. Измерить величину изгиба полосы а. Линию перекрестия сначала совместить с впадиной изгиба полосы - снять по барабану отсчет N₃, затем с вершиной изгиба - снять отсчет N₄ . Величина изгиба полосы .

6. Вычислить высоту неровности по формуле:

мкм.

Для определения R_z необходимо замеры повторить несколько раз и найти среднее арифметическое.