Разработка методики измерения радиуса округления режущих кромок лезвий с помощью растрового электронного микроскопа, страница 3

1.2.5  Способ измерения радиуса режущей кромки по ширине светящейся полосы

Согласно этому способу РК наблюдают с помощью оптического инструментального микроскопа в виде светящейся полоски, ширина которой зависит от радиуса округления ρ. Одним из недостатков этого способа следует выделить его низкую точность, определяемую возможностями применяемого микроскопа, и невозможность измерения радиусов округления РК менее 10 мкм.

Анализ показал, что практически все рассмотренные способы реализуют измерение радиуса округления только в одном каком-либо сечении РК. Вместе с тем, известно [], что радиус округления РК по ее длине изменяется, что особенно заметно для твердых сплавов. В связи с этим большинство из указанных способов могут давать большую погрешность и не позволяют оценить общее состояние РК. Еще больше ограничивает применение этих способов использование оптических систем, для которых увеличение порядка ´1000 является предельным, и что приводит к существенным погрешностям при измерениях r <10 мкм. Следует также отметить ограниченную возможность автоматизации указанных измерений с помощью ЭВМ.

1.3   Краткие сведения о принципе растровой электронной микроскопии

Перспективной альтернативой применению оптических микроскопов для измерения r и оценки качества РК является использование растрового электронного микроскопа. Принцип наблюдения в этом микроскопе основан на облучении исследуемого образца сфокусированным пучком электронов с минимальным диаметром около 10нм, что соответствует предельному разрешению этого способа наблюдения. В каждый момент времени положение этого пучка согласуется с положением точки изображения, выводимой на экран ЭЛТ. В условиях применения детектора Э-Т яркость точки на экране ЭЛТ сильно зависит от угла наклона нормали к поверхности, облучаемой электронным пучком – проявляется т. н. эффект топографического контраста. Известно, что при работе с заземленным образцом этот эффект обусловлен влиянием топографии как на отраженные, так и на вторичные электроны. Установлено, что если плоский образец отклоняется в сторону от нормального положения к падающему пучку на угол , коэффициент отражения постепенно возрастает, достигая единицы при скользящем падении (рис. 1.4). Вместе с этим в режиме вторичной электронной эмиссии сигнал вторичных электронов, или, другими словами, яркость изображения на экране ЭЛТ, пропорционален  [], т.е.

,                     (1.2)

где  - угол наклона нормали к поверхности;  - яркость изображения.

При этом контраст изображения определяется зависимостью

.                                                   (1.3)

При интерпретации результатов важно учитывать, что Э-Т детектор обладает определенной направленностью и на изображении возможно проявление т.н. траекторных эффектов.

Но, несмотря на это топографический контраст в указанных условиях весьма чувствителен к геометрической конфигурации поверхности образца и должен обнаруживать малые изменения локального угла наклона поверхности даже при изменении общего уровня яркости изображения вследствие наклона поверхности в больших масштабах. Следует отметить, что изменение коэффициента отражения электронов часто сказывается значительно меньше, чем изменение сигнала вторичных электронов. В связи с этим при дальнейших объяснениях не будем учитывать наличие отраженных электронов.

РАЗДЕЛ 2
Разработка методики измерения                                                      радиуса округления режущей кромки

Как было показано в предыдущем разделе существующие способы измерения радиуса округления РК и методики их реализации имеют ограниченные возможности, особенно при измерении малых радиусов округления режущих кромок с различным по ее длине качеством обработки. Главными причинами этого являются малая разрешающая способность и глубина фокуса оптических микроскопов, невозможность реализации больших (свыше ´1000) увеличений, наблюдение радиуса только в одном сечении РК, сложность автоматизации измерений. Это не позволяет измерять малые радиусы округления с высокой точностью, во многих точках по длине РК и в короткие сроки.

В этих условиях лучшие результаты дает применение растрового электронного микроскопа для наблюдения РК и измерения ее радиуса. Рассмотрим подробнее способ и методику выполнения измерений.

2.1  Теоретическое обоснование способа измерения радиуса округления режущей кромки

Измерение радиуса округления РК основано на эффекте формирования топографического контраста, описанного в разделе 1.3.

Предположим, что микрорельеф поверхности РК одинаков в любой ее точке. Тогда согласно формуле (1.1) при сканировании участка РК лучом, перпендикулярным передней поверхности лезвия (рис. 2.1), наличие кривизны поверхности будет проявляться в виде изменения средней яркости изображения микрорельефа этой поверхности. Покажем это. Пусть средняя линии рельефа поверхности РК в некотором ее сечении главной секущей плоскостью описывается уравнением (рис.2.2,а)

.                                (2.1)

Тогда  согласно формуле (1.1)

.      (2.2)

Как видно, плоские участки поверхности имеют постоянную яркость, причем яркость наклоненной плоскости больше, чем  горизонтальной. На округленном участке яркость изменяется. Ширина такого участка зависит от радиуса округления r, но в общем случае не равна ему по величине. В связи с этим предложено ориентировать РК так, чтобы одна из образующих ее поверхностей была перпендикулярна сканирующему пучку (рис. 2.2, б). Тогда

 и .                                                 (2.3)

Таким образом, измерение радиуса округления РК основывается на измерении ширины изображения с изменяющейся яркостью на ЭЛТ микроскопа или фотографии. При неправильной установке образца будет возникать систематическая погрешность способа измерения, равная

.                                                   (2.4)