Введение к работе
Актуальность проблемы, Олной 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 областя> і; \кн и техники. Определяющим технологическим процессом производства стеклонзделий является его отжиг - охлаждение изделий по определенному режиму, обеспечивающему такое распределение остаточных . механических напряжений (ОМН), которое гарантировало бы их как от сачопоопзвольного разрушения, так к оі 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 точності» нх 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 полярнзициошю-оптичеекий метод контроля ОМН. В настоящее время в стекольном производстве применяются неавтоматишрон.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, разрабо~ка новых методов контроля ОМН в стеклоизделиях и совершенствование уже известных являются актуальной задачей для неразрушающих метоцов контроля качества веществ и материалов.
В ряде случаев совершенстнование известных методе : контроля идёт по пути использования эллипсомезрических 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 двулучепреломлению 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 вре\?я, весьма перспективным методом контроля ОМН, позволяющим устранить многие недостатки, свойственные вышеизложенным методам, является пока еще мало исследованный метод контроля ОМН с разделением оптических сигналов в пространстве.
Цель работы. -Создание теоретических основ работы средств лазерного эллипсометрического контроля качеч .ва'фотоупрут'их сред, основанного на эффекте поляризационного светоделения в лучераэводящих призмах, разработка принципов их построения и методов расчета, а также решение ai..-уальной задачи непрерывного .и экспрессного контроля механических напряжении в стеклоизделнях.
Научая новіпна работы. Обоснована теоретически и проверена экспериментально возможность' реализации лазерного зллипсометріг некого контроля . качества фотоупругих сред, основанного на эффекте поляризационного светоделения в лучеразводяших призмах, и найдено решение, актуальної! задачи локальных, непрерывных и экспрессных из\,~рений мехс.лчески.к напряжений в стеклоизделиях,' в том числе на технологических потоках.
Создана математическая модель статической характеристики лазерного кругдаого 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 пластин в четверть - ишы волны (пластина Х/4).
Разработана методика интерпретации измерительной информации, базирующаяся на .созданной математической ' модели статической характеристики лазерного кругового эллипсометра и обеспечивающая получение количественной . информации при измерении механических напряжений без предварительной ориентации образца в эллипсометре.
Исследована зависимо :ь фазовой задержки пластин У4 от темпер: уры и предложен 'пособ уменьшения систематической погрешности приборов, вызываемой этим явлл нием.
Установлена возможное^ измерения отношения световых-потсасг дтух ортогональных составляющих эллиптически поляризовак-тго w», инвариан-ного к поглощающим свойствам объекта контроля.
Найдены схемные и -конструктивные решения, обеспечивающие автоматический контроль локальных механических напряжений и гх распределений в стеклоизделиях.
Разработана методика расчета лазерного кр\ голого э.злипсометрз, основанная на' созданных математических моделях его статической и динамической характеристик.
Практическая значимость работы. Разработанный лазерный круговой эллипсометр позволяет решить актуальные задачи автоматизации контроля локальных механических напряжений и и.х.распределение л стеклоизделиях.
Полученные математические модели статической и динамической характеристик прибора ч,>ззоляют расчетным путем с высокой точностью вы<" п. режим его работы и осуществлять проектирование эллипеомегров.
Высокая скорость измерений обеспечивает, возможность использования
измерительной информации о механических напряжениях в системах
автоматического управления технологическим процессом отжига' штучных
стеклоизделин и листового стекла. ' ' .
Апробация работы: Основные положения дік „ертационной 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, посвященной.75-летию ВУЗа. г. Тверь, 1997г.
Разработанные приборы за последние девять лет 'экспонировалась на пяти международных выставках: ППТЕХПРИБОР - 91, Уфа; СТЕКЛОТІІХІПІКА - 92. Москва; ОПТИКА - 92, Москва; ГЛАСТЁК - 92, Дюссельдорф, Германия; ГЛАСТГК - 94, Дюссельдорф, Германия; ГЛАС ГЕК -98, Дюссельдорф, Германия. На всех выставках прибор'"получил высокую оценку специалистов. Особый интерес к устройству проявили такие известные на мировом рынке фирмы как, Джснеал-Электрик (США), Самс'унг (Ю.Корея), Сан-Габен (Франция)', Тамгласс (Финляндия), Гемко (Голландия), Хаґіе-Гласс (Германия), Везувий (Франция), Варта (Польша), Мор-з: т (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.
С'ШУкхура 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.
