197627. lajstromszámú szabadalom • Berendezés szilárd felületű minták profil magasságának mérésére
A találmány tárgya berendezés szilárd felületű minták profilmagasságának mérésére. Mint ismeretes, az ipari gyakorlatban igen fontos bizonyos munkadarabok, félkész termékek felületi minősítése és ellenőrzése, lehet ez érdesség, hullámosság, vagy felületi profilból származtatott egyéb jellemző. A hagyományos megoldások, amelyek a profilmagasság méréséből indulnak ki, a kérdéses felületet érintkezésbe hozzák egy letapogató fejjel. A letapogató fej a vizsgált felületen végighaladva, egy elektromos jelet szolgáltat, amelynek nagysága arányos a profilmagassággal. A letapogatófej legtöbb esetben egy kis görbületi sugarúletapogatótűt tartalmaz, amelynek mozgását elektromechanikus átalakító alakítja át elektromos jellé. Ezen jelek elektromos szűrése után áll elő a profilra jellemző elektromos jel. Ezen megoldás egyik hátránya, hogy a vizsgáló letapogatótű érintkezésbe kerül a vizsgált felülettel, a másik hátránya, hogy a letapogatótű mozgása lassú, csak néhány milliméter/sec. lehet. A fent említett nehézségeket olyan berendezés alkalmazásával lehet megszüntetni, amely nem érintkezik a vizsgálandó felülettel, tehát optikai úton végzi a felület vizsgálatát, igy a mérési sebességet sem korlátozza a mechanikus mozgatás. Ilyen berendezést ismertet a 4,088.408 számú US (amerikai) szabadalmi leírás. A berendezés nagyszámú optikai elemet, két nyalábosztót, egy lencsét, egy pásztázót, két optikai nyílást és két detektort alkalmaz a mérés elvégzésére. A lencsével egy fényforrás fényét leképezik egy fényfoltba. Egy pásztázó biztosítja, hogy a leképezett fényfolt a mérendő felület mentén mozogjon. A mérendő felület egy ún. tökéletes fókuszhoz képest mozog. Amikor a felület kimozdul a tökéletes fókuszból, a fényfolt mérete megnő, míg a teljes fényenergia a fényfolton belül állandó marad. Az optikai lencse a mérendő felületről visszaszóródó fényt visszaképezi a két detektor felületére, amelyeket egy-egy különböző méretű optikai nyílás takar. A két detektorra jutó energiák szétválasztása a két nyalábosztóval történik. A fókusztól való eltérés mértékétől függően a két detektorra egyértelműen meghatározott nagyságú energiák jutnak. Ezen ismert megoldás a méréshez tehát nagyszámú optikai elemet használ, a fókuszból való kimozdulás mértékét csak két detektorral képes meghatározni. A berendezésnél alkalmazott nagyszámú optikai elem jó beállítása nem egy egyszerű feladat. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan berendezés kialakítása, amely minimális számú optikai elem alkalmazásával képes a profilmagasság mérést elvégezni. További cél, hogy a mérőfej ne tartalmazzon mérés közben mozgást végző elemet. A találmánnyal megoldandó feladat a fentieknek megfelelően egy olyan berendezés 2 1 kialakítása, amely alkalmas tetszőleges alakú szilárd felületű minták profilmagasságának mérésére. A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat egyszerűen megoldódik, ha egy képfelvevő felületén a vizsgált minta felületéről származó fényfoltot hozunk létre. A fényfolt területének változása arányos lesz a vizsgált minta felületének egy referenciafelülettől való távolságával. A találmány szerinti berendezés tehát olyan ismert berendezés továbbfejlesztése, amelynek fényforrása, a fényforrás fénynyalábjának irányában nyalábosztója, optikai leképező eleme, a nyalábosztóról visszaszórt vagy reflektált fénynyaláb irányában detektora, a szilárd felületű minták mérésére mérőasztala, valamint adatfeldolgozója van. A továbbfejlesztés, vagyis a találmány abban van, hogy a berendezés fényforrása koherens fényforrás, a detektora képfelvevő, az adatfeldolgozója pedig képfeldolgozó, továbbá a berendezésnek mérőfeje van. A mérőfej és a mérőasztal egy köralakú referencia-felületen, pl. síkon két irányban, vagy mindkettő — a mérőfej és a mérőasztal — egy-egy irányban mozgatószervvel mozgatható. A mérőfej a koherens fényforrásból, a koherens fényforrás és a mérendő minta között elhelyezett nyalábosztóból és optikai leképező elemből, továbbá egy képfelvevő elemből áll. A képfelvevő a mérendő mintáról az optikai leképező elemen át a nyalábosztóra visszaszórt vagy reflektált fénynyaláb irányában van. A képfelvevő b kimenetére a képfeldolgozó csatlakozik. Mint látni fogjuk, ez az intézkedés viszonylagos egyszerűsége ellenére maradéktalanul biztosítja a fentiekben említett összetett követelmények egyidejű kielégítését. A találmány értelmében célszerű, ha a koherens fényforrás félvezető lézer. Ez a körülmény biztosítja, hogy a mérőfej kis térfogatban helyezhető el és így a mérőfej súlya jelentősen csökkenthető. A kis súly a mérőfej mozgatásakor különösen fontos szempont. Nevezetesen célszerű, ha a képfelvevő, képfelvevőcső vagy előnyösen félvezető mátrix detektor. A mérőfej magában foglalja a képfelvevőt is, tehát a képfelvevő méretének és súlyának csökkentése ugyancsak hozzájárul a mérőfej térfogatának és súlyának csökkentéséhez. Egy másik szempont, ami a képfelvevő kapcsán felmerül az, hogy a képfelvevőcső vagy előnyösen a félvezető mátrix detektor felbontása nagy legyen. Ha a képfelvevő nagy felbontással rendelkezik, akkor a fényfolt területének változását a képfelvevő pontosabban tudja érzékelni. A méréshez szükséges optikai elemek számának csökkentése és azok elhelyezése egy helyen, aránylag kis térfogatban, kis súly mellett lehetővé teszi, hogy a mérőfejet könnyen lehessen mozgatni, a mozgatása pedig független legyen a mérendő minta mozgatásától. Célszerű továbbá, hogy a koherens fényforrás fénynyalábjában, a fénynyaláb irányára 2 197627 5 10 l 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6C 65
