автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Лазерный эллипсометр для контроля механических напряжений в фотоупругих средах

На прозах рукописи

' Шичков

^ " Алексей Владиславович

N

ЛАЗЕРНЫЙ ЭЛЛИПСОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ФОТОУПРУГИХ СРЕДАХ

специальность 05.11.13.

Приборы и методы контроля природной, среды, веществ, материалов и Изделий.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических Наук

Москва-1998

Работа выполнена в Тверском техническом университете.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дмитриев ГА.

доктор технических наук, Рыяов В.А.

кандидат технических наук, с.н.с. Комаров А.А.

Ведущая организация: АО НИИ Технического стекла,

г. Москва

Защита лиг -ертации состоится 26 ноября 1998г. в 14 часов на заседании специализированного совета Д 063 44 02 Московского государственного университета инженерной экологии по адрес*': 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул. Старая Басманная, 21/4, МГУИЭ.

. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

( - '

Автореферат разослан « »октября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета, *.т.н., доцент ШишовГД.

ВВЕДЕНИЕ

Л кту ал ы! о ст!» п р о о л с м ы. Одной из важнейших задач, возникающих в современном производстве, является увеличение выпуска продукции высокого качества, пользующейся спросом у. потребителя. К числу таких видов продукции относится стекло. Стекло утвердилось в качестве незаменимого элемента различных конструкций в космической, авиационной, оптической, электронной, атомной и многих других облйстя> к \'кц и техники. Определяющим технологическим процессом производства стеклоизделий является его отжиг - охлаждение изделий по определенному режиму, обеспечивающему такое распределение остаточных . механических напряжений (ОМН), которое гарантировало бы их как от самопроизвольного разрушения, так к 01 разрушения,' связанного с предусмотренными техническими условиями, тепловыми и механическими воздействиями, К стеклам специального Назначения предъявляются более жесткие требования. Так, в оптических стеклах первой категории ОМН оказывают существенное влияние на точности их обработки. Плохо отожженным образцам практически невозможно придать заданную форму с трео; емой точностью.

Внутренние напряжения- приводят к анизотропии оптических, механических и других свойств стекол. Наибольшее распространение в практике получил поляртационно-оптичеекиП метод контроля ОМН. В настоящее время в стекольном производстве применяются неавтоматширон.шные средства измерений ОМН основанные на этом методе контроля. Следует отметить, что современное интенсивное производство предъявляет жесткие требования к определению оптимальных условий ведения технологических процессов и стабильности их поддержания. Существующие приборы и сама постановка контроля качества отжига уже не отвечают потребностям современного производства. Вы"окоскорос1Ные способы получения листового стекла (непрерывный прокат, флоат) требуют непрерывных и объективных методоз контроля. Таким образом, разработка новых методов контроля ОМН в стеклоизделиях и совершенствование уже . известных являются актуальной задачей для неразрушаютпих методов контроля качества веществ и материалов.

В ряде случаев совершенствование известных методе контроля идёт по пути использования эллипсометрических принципов измерений, что позволяет повысить точность и объективность измерений.

Одними из наиболее простых средств контроля. ОМН, предложенных ещё во второй половине прошлого века, являются скрещенный и параллельный круговой эллипсометры, сигнал которых формируется пу гм разделенных во времени измерений двух оптически ортогональных сигналов интенсивность света на выходе которых пропорциональна двулучепреломленшо в исследуемом объекте. Эти средства контроля

дополнялись ■ различными механическими и электрооптическими модуляторами и применялись, начиная с 70-х годов нашего столетия, хотя и обладают рядом недостатков. В то же вречя, весьма перспективным .методом контроля ОМН, позволяющим устранить многие недостатки, свойственные вышеизложенным методам, является пока ещ« мало исследованный метод контроля ОМН с разделением оптических сигналов в пространстве.

Цель работы. Создание теоретических основ работы средств лазерного эллипсометрического контроля каче.. .ва' фотоупругих сред, основанного на эффекте поляризационного светоделения в лучеразводящих призмах, разработка принципов их построения и методов расчета, а также решение аиуальной задачи непрерывного и экспрессного контроля механических напряжений в стеклоизделнях.

Научая новшна работы. Обоснована теоретически и проверена экспериментально возможность,' реализации лазерного эллипсометри' некого контроля . качества фотоупругих сред, основанного на эффекте поляризационного светоделения в лучеразводящих призмах, и найдено решение, актуально}! задачи локальных, непрерывных и экспрессных изм-рений мс\£...лчески.к напряжений в стеклоизделнях,' в том числе на технологических потоках.

Создана математическая модель статической характеристики лазерного кругового эллил?ометра (ЛЭК) с -анализатором, работающим в режиме поляризационного' светоделения, базирующаяся на решении системы уравнений, полученных. Для оптических элементов ЛЭК с помощью матричного метода Мюллера и представления поляризованного монохроматического света в виде двух ортогональных составляющих, .после прохождения им двулучепреломляющих сред, учитывающая неидеальность фазовых пластин в четверть - ишы волны (пластина Х/4).

Разработана методика интерпретации измерительной информации, базирующаяся на . созданной математической ' модели статической характеристики лазерного кругового эдлипсометра и обеспечивающая получение количественной '. информации при измерении механических напряжений без предварительной ориентации образца в эллипсометре.

Исследована зависимо :ь фазовой задержки пластин У А от темпер: уры и предложен способ уменьшения систематической погрешности приборов, вызываемой этим явЛ1 нием.

Установлена возможности измерения отношения световых-патсаи дгух ортогональных составляющих эллиптически поляризовакыгс. с*«», инвариан-ного к поглощающим свойствам объекта контроля.

Найлоны схемные и -конструктивные решения, обеспечивающие автоматический контроль локальных механических напряжений и гч распределений п стеклоизделиях.

Разработана методика расчета лазерного кр\ голого э.злипсометрз, основанная на' созданных математических моделях его статической и динамической характеристик.

Практическая значимости работы. Разработанный лг»"ерный круговой эллипсометр позволяет решить актуальные задачи автоматизации контроля локальных механических напряжений и их.распреде.тение л стеклоизделиях.

Полученные математические модели статической и динамической характеристик прибора .позволяют расчетным путем с высокой точностью вы<" п. режим его работы и осуществлять проектирование эллипсометров.

Высокая скорость измерений обеспечивает, возможность использования измерительной информации о механических напряжениях в системах автоматического управления технологическим процессом ■ отжига' штучных стеклоизделии и листового стекла. '■' .

Лпробачия работы: Основные положения дж „ертацирнной работы докладывались и обсуждались на IX Международном конгрессе "Стекло и керамика" в Чешской республике -1994г., на Международном конгрессе в Вильнюсе 1997г. и на XX юбилейной научно-технической, конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и . сотрудников университета, посвяшсннон.75-летию ВУЗа. г. Тверь, 1997г.

Разработанные приборы за последние девять лет экспонировалась на пяти международных выставках: ИПТЕХПРИБОР - 91, Уфа; СТЕКЛОТЕХ1П1КД - 92. Москва; ОПТИКА - 92, Москва; ГЛАСТЁК - 92, Дюссельдорф. Германия; ГЛЛСТЕК - 94, Дюссельдорф, Германия; ГЛАС ГЕК - 98, Дюссельдорф, Германия. На всех выставках прибор'получнл высокую оценку специалистов. Особый интерес к устройству проявили такие известные на мировом рынке фирмы как, Дженеал-Электрик (США), Самс'унг (Ю.Корея), Сан-Габен (Франция)', Тамглзсс (Финляндия), Гемко (Голландия), Хаие-Гдасс (Германия), Везувий (Франция), Варта (Польша), Мор-а: з (Чехословакия), Виказа (Испания) и другие. На внутреннем рынке стран СНГ приборы успешно эксплуатируются на ряде предприятий электронной, авиационной и стекольной промышленности.

Публикации.-По результатам исследований и разработок опубликовано 4. печатных работы. Основные- результаты исследований и- разработок защищены свидетельством на изобретение.

Структур;!_и объем работы. Диссертационная работа состоит из

введения, пяти глав, заключения, списка литературы,' приложения, изложенных на 102 страницах машинописного текста, иллюстрирована 25

рисунками, содержит 16 таблиц. Список литературы включает 58 наименований. Приложение выполнено на трех страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, научная нокизш ч практическая значимость исследований, приведены основные результаты и положения, представленные автором к защите.

В первой главе «Обзор современных методов контроля механических напря-кений в стекле» приведены классификация существующих методов контроля механических- напряжений, их краткое описан :е, выявлены информационные возможности и технические характеристики.

В настоящее время лля контроля механических напряжений используются следующие методы: механический, тензомотри» ский, акустический, рентгеновский и полярнзацпонно-ептнческим. Наибольшее распространение получил последний благодаря высокой разрешающей способности. Поляризационно-оптнче"кий метод, основанный на наблюдении кар.лны иь нр _ еренции с . использованием монохроматического и полихроматического излучения, применяется в основном для наблюдения качественной картины 'распределения напр жений в стеклонзделиях. Для получения количественных характеристик применяются эллинсометрическг.е метода контроля с линейной и круговой поляризацией и с разделением сигналов как но времени, так и в пространстве.

В результате анашза информационных возможностей и условий работы, а также характеристик перечисленных методов было установлено, что основными недостатками вышеперечисленных методов являются: малая скорость измерений, низкая точность, трудоемкость проведения измерений, возможность использования лишь в лабораторных условиях, зависимость " результатов измерений от температуры и сложность автоматизации.

Автором предложен метод эл.т -сометрического контроля с гоосгр-шственным разделением оптических сигналов в поляризаторе приемной части эллипсометра (анализаторе), в * качестве которого используется двулучерасщепляющая поляризационная призма, и построен ряд приборов для экспрессного лабораторного и автоматического кон^оля качества стеклоизделий, которые были названы лазерными круговыми эллипсометрамй (ЛК?\ В то же время для дальнейшего совершенствования этих средств контроля ОМН необходимо Пров цение исследований, направленных на создание науч ых основ их функционирования, и разработок инженерных методов расчета, что и является задачей данной диссертационной работы.

, Вторая глава «Теоретические основы построения лазерных круговых эллнпсометров, основанных на поляризационио-иптнческом методе контроля»

посвящена математическому моделированию статического и динамического режимов работы ЛКЭ. .'..'•

Выполнен анализ известных математических моделей круговых эллипсометров и установлено, что все известные модели основываются на предположении об идеальности входящих в систему фазовых'пластин XJ4 й не обеспечивают получение количественной оценки измерении погрешности.

Рассмотрена схема ЛКЭ (рис.1), представляющая собой передающую и приемную оптические части и блок обработки онти1' ских. сигналов. Исследуемый образец устанавливают между приемной и' передающей частями. Передающая часть состоит из источника светового излучения -оптического квантового генератора (ОКГ),.поляризатора и фазовой пластины Я/4. Передающая часть состоит из фазовой пластины л/4 и- анализатора, работающего в режиме поляризационного светоделения н представляющего собой двулучерасщепляющую призму. Прибор работает следующим образом. Луч монохроматического света, выходящий из ОКГ, проходит через поляризатор, оптическая ось' которого перпендикуляр'на горизонтали. В результате на выходе из. поляризатора луч становится плоскополяризованным. Далее, проходя через пластинку /./4, быстра., ось которой образует угол л/2 С горизонталью, луч становится циркулярополярнзованн.,>м. Затем он попадает на исследуемым образец, вносящий некоторую разность фаз. При этом, луч приобретает эллиптическую поляризацию. Попадая на вторую плас инку Х/4, быстрая ось которой образует угол -ZÍ2 с горизонталью, луч приобретает эллиптическую поляризацию, причем од,а из главных осей эллипса перпендикулярна горизонтали. Далее свет попадает на-анадизатор.Вышедшие из анализатора две ортогональные составляющие плоскополяризованного света, пропорциональны осям элл.ипса, после второй пластинки л/4; попадают на входы двух фотопресбразоватслей. На вход • сумматора ■ поступают напряжения с выходов фотопреобразователей. На вход .'.ЦП поступает Напряжение с выхода первого фотопреобразователя, а на вход источника опорного напряжения - с выхода сумматора. Цифровой код с выхода'АЦП поступает на вычислительное устройство, кот. рое выполняет операцию линеаризации и отображает результат измерения..

Предпосылками для математического моделирования послужили следующие упрощающие, предположения:'рассеяние поляризованного света на оптических элементах, и исследуемом образце не происходит, в оптической части системы установлены идеальные линейные поляризатор и анализатор, неточностью угловой.установки элементов можно пренебречь.

В последнее время при- описании поляризаторов и устройств, сдвигающих фазу,' применяются четыре эффективных метода описания и расчета, а именно метод вектора Стокса, метод сферы Пуанкаре, метод Мюллера и метод Джонса. Эти методы позволяют математически описать и рассчитать любые комбинации из поляризаторов и устройств, сдвигающих

Рис. 1

1-ОКГ, 2- поляризатор, 3- первая пластинка ?У4, 4 - исследуемый образен, 5- вторая пластинка Л/4, б- анализатор (двулучерасщепляющая призма), ФПр.- фотопреобрззователь, I- сумматор, ЭВМ-вычислительное устройство.

фазу, то есть ьыполнять расчеты, которые раньше казались безнадежно' сложными. В работе для создания математической модели ЛКЭ бы1* использован метод Мюллера, причем в отличие от известных математических методов для круговых эллипсометров здесь учитывалась не идеальность пластин УА. Преимущества метода Мюллера состоят в том, что он дает возможность сконцентрировать все необходимые для описания пуч<а света параметры в едином выражении; записать в едином выражении все параметры поляризатора или фазовой пластинки; получить результат взаимодействия света с системой различных оптических элементов (поляризаторы, фазовые пластинки) путем перемножения вектора входного воздействия на соответствующую матрицу оптического объекта.

В соответствии с методом Мюллера элементы оптической системы могут быть представлены следующими матрицами:

идеальный линейный поляризатор, ориентированный под 0 углом к горизонтали, . П I о о: 110 0 0 0 0 0 о о о о

идеальный линейный поляризатор, ориентированный под углом п к горизонтали,

1 т-1 0 О

-110 0

0 0. о о

0 0 0 0

(2)

фазовая пластинка с разностью фаз ¿¡, быстрая ось которой ориентирована под углом под углом тс/2, "10 0 0

соя сУ,

0 .

0

0

1 0

• 51П 8.

соэ <5!

(3)

фазовая пластинка (исследуемый образец)с разностью фаз ¿2, быстрая ось которой ориентирована под углом 9, между осью напряжений в образце и горизонталью, ■

0

о

о

С2-82{ \-р).

£ + С2М

С2-м

(4)

где С; = аь2<9, £ = /у=этД, /1 = са>4.

фазовая пластинка с разностью фаз5„ быстрая ось которой ориентирована под углом -я/2 к горизонтали,

О

1 О

О О О - бш &

О О

С05<53 О 81П<53

1 О О соз^]

(5)

Оптический сигнал ОКГ описывается вектором, называемым столбцом Стокса

Гг,

(6)

где 10 - интенсивность излучения на выходе ОКГ. После прохождения через анализатор, плоскость пропускания которого ори нтирована Под углом к (то есть поляризатор и анализатор скрещены), выходящему из системы пу\.су соответствует столбец Стокса следующего «вида:

С-1 1 о.—— х - ;

I 2 2

1 -10 0'

-110 0 0 0 0 0 О и О О

•о

10 -С2(52 (1-/9)-соей, + /, ып<5,) сое*?, + рг йи (У^соз^з -((Сг + -52^■ БШ<5,) БШ £31

О

--X

4 .

где

'о - ■ О

Л.-О-/«

О О

Интенсивность светового пучка на выходе из системы описывается первым элементом столбца Стокса^,, а именно:

'л/,/.VI"

(8)

После прохождения через анализатор, плоскость пропускания которого ориентирована под углом 0 (то есть поляризатор и анализатор параллельны), выходящему из системы пучку соответствует столбец Стокса следующего вида: . .

5,=

¡0 + 'а

О

о

■ о

т

Интенсивность светового пучка на выходе из системы для нескрещенных поляри: тора и анализатора будет равна:

1

ВЫХ1

= -х/йХ( 1+0).

(Ю)

Для двух световых сигналов на выходах анализатора получена система ура' (ений (9),(10), решение которой с учетом коэффициентов преобразования фотопреобразавателей и Кг дает цифровой код N на. выходе АЦП, пропорциональный следующему выражению:

К ' ■ .

где п - разрядность АЦП.

Для проектирования и анализа погрешности ЛКЭ был , зссмотрен важный для Практического применения случай, когда не имеется априорной информации о расположении главной оптической оси исследуемого образца в ЛКЭ. С этой целью экспериментально было установлено, что • максимальная погрешность сигнала на вы;..>де ЛК1. имеет место при угле в, равном л/4, тогда выражение (11) преобразуется к виду

4

, ; (¡2) I Д'Г

' Это выражение является ..математической моделью статической характеристики ЛКЭ. .-'■

При равенстве коэффициентов преобразования А', и ЛГ, ц 8\=бг= ж/2,

выражение (1-2) преобразуется виду '

'. -..''■• '

,. K-.sir.-~. . . . (13)

откуда разность фаз исследуемого образца будет равна А, ' ^агсБШл/Д7.' (14)

Выполненный анализ структурной схемы ЛЮ позволил чсп'човить.'что динамические свойства ЛКЭ однозначно определяются '• только динамическими свойствами фотопреобря-зоватслсй и'АНН.

Установлено, что динамические свойства фоишреобразователей определяются инерционными характеристиками входящих в них операционных усилителей 'и мо1уг быть идентифицированы как звено 1-ого порядка. При равенстве передаточных-функций обоих фоптреобразователей .для анализа в первом приближении динамические свойства АЦП могут быть описаны двумя последовательно включенными чаеньямн: инерционным звеном 1.-ого-порядка и звеном чистого запаздывания. Звено -, 1-ого порядка описывается входная аналоговая часть ЛЦИ, а звеном чистог о запаздывания -задержка появления цифрового кода относительно входного сигнала. Передаточная- функция ЛКЭ может быть описана двумя последовательно включенными - звеньями: звеном 2-ого порядка и звеном чистого запаздывания:

!Г,(Р) х е~т?, (15)

где р) и И'<да,(р) - передаточные функции фотопреобразователя и АЦП; Кх 1(7, - коэффициент преобразования и постоянная времени фотопреобразователя; К2, У\ и т - коэффициент преобразования, постоянная времени и время чистого запаздывания АЦП;

В третьей главе «Экспсриментальпая проверка математических моделей статической и динамической характеристик ЛКЭ» описаны экспериментальные ■-установки для прасерки адекватности полученных

аналитическим путем математических моделей статической и динамической характеристик ЛКЗ, пряведенырезулматы проверки математических моделей сигнала ЛКЭ в статическом и динамическом режимах его работы.

При экспериментальной проверке математической .модели статической характеристики ЛкЭ 5 соответствии с выражениями- (14),(12) и(15) варьировались- коэффициенты преобразования фототреобразователей световог ч потока, величины отклонения фазовых задержек пластинок "К/А' от номинального значения и угол ориентации исследуемых сбрйзцоп. , '

Установлено, чго расхождение между расчетными и экспериментальными значениями сигнала; на выходе' ЛКЭ не превышает ±20°/о, а оценка среднего квадратичного отклонения (СКО) при. измерении этих величин не превышает ±10Уо; что отвечает .требованиям, предъявляемым к точности моделей, используемых при создании' средств измерительной техники и .свидетельствует об адекватности полученных аналитическим путем математических моделей ЛКЭ. . '

Для проверки математической' модели динамической характеристики ЛКЭ была создана экспериментальная система с. имитацией ступенчатого изменения двулучепреломления; так как реализовать быстроменяющийся и контролируемый процесс изменения механических . напряжений в фотоупругих средах практически невозможно. • ' .-

В ходе эксперимента по проверка математической модели динамической характеристики ЛКЭ определялись кривые разгежа фотопреобразователей и сигнала на выходе АЦП, а также изменение сигнала во времени на входе источника, опорного напряжения АЦП, являющегося суммой .напряжений выходов фотопреобразователей. ■

Установлено, что расхождение -между расчетными значениями постоянных времени и изменения опорного.. напряжения не превышают, соответственно ±30% и ±0.5%, а. оценка СКО - £10% и. ±0.1% соответственно.

В четвертой главе «Разработка и применение -лазерного кругового эллипсометра для контроля напряжений в ■ фотоупругих- материалах» излагается методика инженерного ■ расчета основных. параметров ЛКЭ, приводятся конструкции ЛКЭ, описывается применение приборов для контроля остаточных механических напряжений в стеклоиздеяиях. '

Обо- новывается режим работы фотоэлектронного преобразователя, обеспечивающего максимальную линейность преобразования светового потока в ЭДС.

Теоретически и. экспериментально обосновывается применение АЦП для вычисления отношений сигналов первого • фотопреобразовэтеля к опорному, являющемуся суммой сигналов первого ' и в горою фотопреобразователей, для' предварительной обработки сигня.та, что обеспечивает инвариантность результата измерений к песгн.ности

интенсивности излучения ОКГ и минимизацию числа электронных компонентов.

Предложенная методика расчета эллипсометров основана на математических моделях статической и динамической характеристик ЛКЭ.

.На основе анализа математических моделей статической и динамической характеристик установлено, что разработанный ЛКЭ может быть использован для получения измерительной информации для систем управления отжигом листового стекла. Кроме того, благодаря специальной конструкции передающей о оэлектронной части прибора впервые стало возможным измерение остаточных механических напряжений не в двух, а в одной стенке полых стеклоизделий. Это позволило создать прибор для измерений локальных напряжений и их распределения в различных видах стеклотары. Благодаря, высокой точности измерений и разрешающей способности ЛКЭ применяется для.измерения возникающих напряжении и их релаксации напряжений в спаях образцов .различных стекол друг с другом и с металлами при термическом воздействии на них. Высокая скорост., измерений впервые позволяет использовать .ЛКЭ для контроля изменения механических напряжений в фотоупругих материалах при быстроменяющихся внешний воздействиях, таких как лазерная-сварка пезка.

Созданные приборы превосходят, по своим метрологическим характеристикам существующие отечественные и зарубежные аналоги.

Разработанные основные конструктивные решения ЛКЭ защищены свидетельством на изобретение.

■ В пятой главе «Исследование основных метрологических характеристик лазерного кругового эллипсомегра>> • рассмотрено действие, основных влияющих величин на работу ЛКЭ, определены их функции влияния, приведены модели погрешности и основные метрологические характеристики ЛКЭ:

В ходе проведения экспериментальных исследований было выявлено, что фазовая задержка кварцевых пластинок. ЯУ4 ненулевого порядкз имеет значительную зависимое; ' от температуры. Ссылки на точные экспериментальные исследования в литературе отсутствуют. С целью выявления этой зависимости были проведены подробные экспериментальные исследования зависимости фазовой задержки от температуры для кварцевых пластин Я/4 как нулевого, так и ненулевого порядка. Для температурного диапазона 273-323 "А" эта зависимость в первом приближении может быть описана следующими выражениями:

8 = 4.33-9.42 ■ 10"3 • Т (рад)-для пластин непулевого порядка,

5 = 1.754 —6.28-10 * • Г (рад) -для пластин нулевого порядка.

На основании экспериментальных исследований установлена возможность снижения систематической погрешности кварцевых пластин Х/4 ненулевого порядка за счет изменения их температуры и уменьшения влияния температуры на показания ЛКЭ за счет термостатирования этих пластин при температуре, обеспечивающей минимальную систематическую погрешность.

На основе математической модели статической характеристики получена модель пог, ешности ЛКЭ.

Экспериментально установлено, что полученные на основе математических моделей ЛКЭ функции влияния температуры являются корректными, что может быть использовано для расчета сигнала прибора при изменяющихся условиях работы и определения дополнительной погрешности.

Определена количественная оценка погрешности, которая составила

±3%.

Эксперименты по определению метрологических характеристик ЛКЭ позволили получить следующие результаты, представленные в таблице вместе с ближайшими аналогами:

Тип прибора/ Страна ЛКЭ/ Россия ПКС-125/ Россия Q-300/ ФРГ РБ 100 ШЭ/ США ЕО-1600/ США

Диапазон измерений (показаний) (нм) 2+160 (0+250) до 550 до 600 до2500 до 3000

Класс точности / порог чувствител ыюсти (нм) о 3/1 -/5 -/10 -/5 -'/15

Источник светЬ ОКГ Монохроматический Полихро матичес кий Полихроматический Полихро-матичес-. кий

Степень автоматизации Автоматический Ручной Ручной Полуавтоматический Автоматический

Область измерений <локальная/ интегральная Локаль ная Интегральная Интегральная Интегральная Интегральная

Скорость измерений (измерений/сек) 1000 — — 50 кадров /сек. 10000

Инвариантность к установке образца Да Нет Нет Нет Нет

Как следует из таблицы, ЖЭ превосходит отечественные и зарубежные аналоги почти по всем параметрам.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Обоснована целесообразность .. исследований и разработок эллипсбметрических■ методов контроля ОМН с разделением сигналов в пространстве двулучерасщепляющей' призмы, работающей в. качестве анализатора,- для. решения актуальной задачи неразрушающих методов контроля изделий и материалов,

2. Обоснована теоретически -и- проверена экспериментально возможность реализации лаз^ ного эллипсометрического контроля качества .фотоупругих сред, основанного на эффекте поляризационного светоделения в лучеразводяШих призмах.

3. Создана математическая модель статической характеристики лазерного кругового эллипсометра (ЛЭК) с анализатором, работающим в режиме: поляризационного светоделения, базирующаяся на решении системы уравнений, полученных для оптических элементов ЛЭК с помощью матричного метода Мюллера и представления поляризованного монохроматического света в виде двух ортогональных составляющих, после прохождения им двулучепреломляющих сред, учитывающая неидеальность фазовых пластик

4. В соответствии с принципом действия и с учетом конструкции ЛКЭ составлена структурная схема системы измерении, идентифицированы динамические свойства отдельных элементов этой системы и получена математическая модель динамической характеристики ЛКЭ.

5. Экспериментальными исследованиями, выполненными на специально разработанных установках, получена адекватность математических моделей статической и динамической характеристик Л КЭ.

6. На основании эксперт ментатьных исследований установлена возможность снижения систематической погрешности кварцевых пластин Я/4 ненулевого порядка за счет изменения их температуры и уменьшения влияния температуры на показания ЛКЭ за счет термостатирования этих пластин при температуое, обеспечивающей минимальную систематическую погрешность.

7. Установлена возможность измерения отношения световых потоков двух ортогональных составляющих эллиптически поляризованного света, инвариантного к поглощающим свойствам объекта контроля.

8. На основе созданных математических моделей статической и динамической характеристик ЛКЭ разработана методика расчета эллипсометров для применений в промышленных и лабораторных условиях.

9. Разработаны конструкции ЛКЭ для получения' измерительной информации в системах управления отжигом листового стекла и выборочного контроля штучных стеклоизделий в лабораторных условиях.

10. Определены метрологические характеристики ЛКЭ для различных вариантов конструкций приборов. '■

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Apparatus for Automatic Precise Measurement Mechanical Strain in Anisotropic Materials «MlCROPOL»/ A.V. Shichkov, A.A. Sheyman, G.A. Dmitriev; 9-Intemational Conference on Olass, Hradec Kralov, CZECH Republic, May 3-4 1994.

2. Марголис Б.И., Шичков А.В. Математическое, моделирование и оптимизации технологического процесса отжига стекДоизделий.// Сб. научных трудов "Проектирование систем управления". Тверь, ТГГУ, 1995г.

3. New methods of control in glass industry. Optimization operating for burning of glass ware./ Margolius B.I., Shichkov A.V.; The 2-nd Inter-national exhibition of glass industry and equipment, technologies products. Vilnius, Lithuania, 20-23 may, 1997.

4. Устройство для измерения механических напряжений в стекле./ А.А. Шеинман, А.В. Шичков, А.Н. Кисе; в, Н.К. Молимоненко, В.А. Шмуклер; Госкмитет СССР по делам изобретешь и открытий А.С. №1772087, 1990г.

5. Дмитриев Г.А., Шичков А.В. И Стекло и бизнес 1998. №2. С. 22-23.