На рис. 5.4 представлена оптическая схема микроинтерферометра МИИ–4, используемого в данной лабораторной работе. Пучок лучей от источника света 1 (лампа накаливания) направляется конденсором 2 через светофильтр 3 в плоскость апертурной диафрагмы 4. Параллельный пучок света после выхода из объектива 5 падает на полупрозрачную разделительную пластинку 6.
Отраженная от пластинки часть светового пучка, проходящая через первую ветвь интерферометра, собирается в фокальной плоскости объектива 10 на проверяемой поверхности детали 11. После отражения от детали пучок света снова проходит через объектив 10 и пластину 6 и собирается в фокусе объектива 12. Затем пучок лучей попадает в окуляр-микрометр 13 визирного тубуса, при помощи которого наблюдается увеличенное изображение проверяемой поверхности. Описанная часть схемы микроинтерферометра представляет собой микроскоп.
Прошедшая через пластинку 6 часть светового пучка (во второй ветви интерферометра) падает на компенсатор 7, который служит для компенсации разности хода лучей, образующейся за счет двукратного прохождения светом пластинки 6 в первой ветви интерферометра, и собирается в фокусе объектива 8. После отражения от эталонного зеркала 9 пучок света снова проходит объектив 8, компенсатор 7 и падает на пластинку 6, которая одну часть лучей также пропускает, а другую отражает. Отраженная часть пучка интерферирует с пучками первой ветви интерферометра. Образующаяся интерференционная картина полос равной толщины формируется объективом 12 в фокальной плоскости окуляра 13. Таким образом, в фокальной плоскости окуляра можно одновременно наблюдать изображение интерференционных полос и изображение проверяемой поверхности. С целью наблюдения интерференционной картины в монохроматическом свете применяется светофильтр 3, который выключается, если наблюдение проводится в белом свете.
На рис. 5.5 изображен внешний вид микроинтерферометра МИИ-4. Прибор имеет основание 17 с отверстием сбоку, в которое может быть установлена фотокамера 2 или рамка с матовым стеклом 1. На полой цилиндрической колонке 3 установлен предметный столик 10, перемещающийся при помощи двух винтов 9 с ценой деления барабанов
0,005 мм. Предметный столик можно поворачивать вокруг вертикальной оси и закреплять зажимным винтом 11. Для визуальных наблюдений в колонке имеется визирный тубус, в отверстие которого вставляется винтовой окуляр-микрометр 4 для наблюдения и измерения интерференционных полос. В поле зрения окуляр-микрометра видны шкала с известной ценой деления и две перекрещивающиеся взаимно перпендикулярные линии. Фокусировка микроскопа на поверхность проверяемой детали осуществляется вращением винта 16. Перемещение объектива 10 (рис. 5.4) может быть отсчитано по барабану, цена деления которого
0,003 мм.
Прибор содержит осветительную и разделительную части, а также устройство для изменения ширины и направления интерференционных полос.
Осветительная часть включает фонарь 7 с винтом 8 для центрирования лампы и трубу, в которой установлена горизонтально выдвигающаяся пластинка 6 с тремя отверстиями. В два крайних отверстия поставлены светофильтры (желтый и зеленый), центральное - свободно и используется при работе в белом свете. Для изменения диаметра апертурной диафрагмы служит кольцо 5.
В средней разделительной части прибора установлены: объектив 10, разделительная пластинка 6, компенсатор 7 (рис. 5.4) и рукоятка 15 со шторкой (рис. 5.5) для выключения объектива 8 (рис. 5.4) из хода лучей.
Ширина интерференционных полос изменяется вращением винта 14 вокруг своей оси, а изменение направления полос – вращением этого же винта вокруг оси всей интерференционной головки. Винтом 13 интерференционные полосы можно сместить в поле зрения микроскопа.
 |
Порядок выполнения работы
1 Определение шероховатости поверхности окуляр-микрометром.
1.1 Включить осветительную лампу интерферометра. Проверяемую деталь поместить на предметный столик исследуемой поверхностью вниз, к объективу.
1.2 Удалить окуляр из тубуса. При помощи винта 8 (рис. 5.5), источник света установить так, чтобы изображение нити лампы находилось в зрачке объектива. Окуляр снова вставить в тубус.
1.3 Повернуть рукоятку 15 до положения указателя (стрелки) на «вертикально» и, вращая микрометрический винт 16, сфокусировать микроскоп на поверхность проверяемой детали.
1.4 Повернуть рукоятку 15 до горизонтального положения стрелки, после чего в поле зрения должны появиться интерференционные полосы.
1.5 Вращая винт 16 добиться, чтобы полосы были резкими, и одновременно было видно изображение поверхности проверяемой детали. Добиться наибольшего контраста полос поворотом кольца 5 (т.е. уменьшить отверстие диафрагмы).
1.6 Винтом 14 отрегулировать интервал между полосами, чтобы они имели вид, изображенный на рис. 5.2. Этим же винтом установить интерференционные полосы перпендикулярно к штрихам на исследуемой поверхности. Одну нить перекрестия совместить с направлением интерференционных полос, а другую – с направлением царапин на исследуемой поверхности. При необходимости можно изменить положение исследуемого образца путем вращения предметного столика вокруг вертикальной оси и его перемещения в горизонтальной плоскости с помощью винтов 9 (рис. 5.5).
1.7 Для измерения величины интервала между соседними полосами A и величины изгиба D A навести нить перекрестия на соответствующие участки темных полос (рис. 5.2) и снять отсчеты по шкале и барабану окуляр - микрометра.
1.8 Вычислить высоту неровности по формуле (5.3). при использовании белого света l /2 = 0,27 мкм, при работе с монохроматическим светом
l = 0,566 мкм для зеленого светофильтра и l = 0,600 мкм для желтого.
1.9 Провести серию измерений неровностей по участку испытуемой поверхности с базовой длиной l (задается преподавателем) и определить параметры профиля Ra и Rz. По таблице 5.1 определить класс шероховатости поверхности.
2 Измерение толщины покрытия
2.1 Положить подложку с исследуемым покрытием, имеющим ступеньку, на предметный столик (пленкой вниз).
2.2 Получить интерференционную картину, подобную изображенной на рис. 5.3, следуя п.п. 1.1 – 1.6.
2.3 с помощью винтов 9 (рис. 5.5) добиться такого положения образца, при котором ступенька попадает в поле зрения микроскопа.
2.4 Если ступенька на пленке не крутая (рис. 5.3а), интерференционная картина имеет вид, изображенный на рис. 5.3б справа. В этом случае измерить D A и A в соответствии с п.1.7, и определить толщину d по соотношению (5.3) или (5.4). Если ступенька на пленке крутая, интерференционная картина в монохроматическом свете подобна изображенной на рис. 5.3б слева. По ней невозможно определить изгиб полосы. В этом случае следует использовать источник белого света и по интерференционной полосе нулевого порядка, которая не имеет радужной окраски, определить смещение полосы. ввести монохроматический светофильтр, измерить D A и A и определить толщину d по соотношению (5.3) или (5.4).
2.5 Оценить погрешность определения толщины покрытия.
Таблица 5.1 – Отклонение профиля и высоты неровностей для
поверхностей различных классов чистоты
| Класс шероховатости поверхности | Обозначение | Среднее арифметическое отклонение профиля R а, мкм | Высота неровностей R z, мкм | Базовая длина l, мм |
| Ñ1 Ñ2 Ñ3 | 40 – 80 20 – 40 10 - 20 | 160 – 320 80 – 160 40 – 80 | ||
| Ñ4 Ñ5 | 5 – 10 2,5 – 5 | 20 – 40 10 –20 | 2,5 | |
| Ñ6 Ñ7 Ñ8 | 1,25 – 2,5 0,63 – 1,25 0,32 – 0,63 | 6,3 – 10 3,2 – 6,3 1,6 – 3,2 | 0,8 | |
| Ñ9 Ñ10 Ñ11 Ñ12 | 0,16 – 0,32 0,08 – 0,16 0,04 – 0,08 0,02 – 0,04 | 0,8 – 1,6 0,4 – 0,8 0,2 – 0,4 0,1 – 0,2 | 0,25 | |
| Ñ13 Ñ14 | 0,01 – 0,02 – 0,01 | 0,05 – 0,1 – 0,05 | 0,08 |
лабораторная работа № 6
