Простейший индикатограф

Автором был разработан простейший индикатограф, подобный прибору Шмальца. Свет от лампочки накаливания проходит через щель, расположенную в фокальной плоскости объектива коллиматора. Ось коллиматора расположена под небольшим углом к исследуемой поверхности. Вертикально расположенная щель у объектива коллиматора выделяет узкий параллельный пучок. Падая на поверхность, пучок света отражается от нее и попадает на фотопленку или фотобумагу. Фотопленка помещена в кассету, имеющую форму дуги окружности; размер дуги 180°.

В зависимости от характера отражения и рассеяния света поверхностью освещенность на пленке получается различной в местах, соответствующих разным углам отражения. Плотность почернения фотографического слоя пропорциональна характеру рассеяния. Для получения количественных соотношений следовало бы проводить фотографическое фотометрирование такой пленки, что и даст индикатрисы рассеяния. Приближенные кривые рассеяния, подобные индикатрисам, можно получить, если экспонировать пленку через ступенчатый светофильтр, расположенный параллельно ей.

Снимки, представляющие индикатограммы, позволяют быстро судить о характере рассеяния света исследуемой поверхностью и о количественных соотношениях между отдельными частями отраженного в разных направлениях потока. Таким образом, геометрическое место равных и нормальных экспозиций на проявленной пленке представляет собой не что иное, как индикатрису рассеяния от изучаемой поверхности.

Даны некоторые типичные индикатрисы рассеяния, полученные на лабораторном макете индикатографа. На фотографиях хорошо видно соотношение между зеркальной составляющей для угла отражения 0° и диффузно отраженным светом для других углов. Рядом с индикатограммами изображен схематически профиль этих же поверхностей.

Зеркальная составляющая

Показано отражение светового потока от доведенной поверхности высокого класса чистоты (класс 12). Здесь хорошо видны зеркальная составляющая и. широкая область диффузного отражения, равномерно распределяющаяся вправо и влево. Это характеризуют отражение от поверхности с регулярным профилем. Заметны отдельные дифракционные максимумы, так как поверхность представляет собою нечто вроде дифракционной решетки. Видна зеркальная составляющая (главный максимум) и отдельные максимумы, характеризуемые углами наклона отдельных элементов неровностей и дифракцией.

Отражение получено от неровностей, имеющих профиль сомкнутых треугольников. Зеркальная составляющая сильно подавлена, и весь свет концентрируется в двух боковых максимумах, расположенных вправо и влево от центра под углами около 14°. Таким образом, по индикатограммам можно, не прибегая к профилированию, судить о характере неровностей. Такие же сопоставления рассеяния света от различно расположенных скатов на поверхности были сделаны автором с помощью другого приема, о котором упоминалось в самом начале.

Параллельный пучок света проходил через диффузно рассеивающую прозрачную поверхность или через ее отпечаток, и на фотопластинке получалось характерное распределение освещенных участков (светлые точки). Измерение распределений бликов (число бликов на единицу площади снимка) дало возможность построить пространственное распределение (по площади исследуемой поверхности) направления скатов отдельных участков неровностей в виде объемной диаграммы, похожее на индикатограмму для шлифованных стеклянных поверхностей.

Эти распределения близки по форме к кривым нормального распределения Гаусса. Последнее обстоятельство важно для выяснения соотношений между критериями при оценке степени шероховатости для такого рода поверхностей.

Радиационные методы измерения поверхностных температур

К подобным же выводам приходят при исследовании распределения скатов волн на водной поверхности. После отражения максимум всегда смещается в красную сторону. Это естественно, так как более короткие волны в большей степени рассеиваются поверхностью.

Изучение зависимости отражения светового потока шероховатой поверхностью от длины волны падающего света показало, что спектральная характеристика отраженного светового потока при наличии неровностей отличается от характеристики падающего потока. Поэтому при данном угле падения и в данном направлении составляющая зеркального отражения больше для больших длин волн, и, кроме того, излучение тем сильнее поглощается на поверхности, чем ближе размеры неровностей к длине волны падающего света.

Изучая радиационные методы измерения поверхностных температур, А. Н. Бойко в работе также пришел к заключению, что имеется возможность связать радиацию излучения в инфракрасной области поверхности с ее геометрическим состоянием, т. е. с шероховатостью. В связи с этим представляется возможным использовать еще один интегральный метод характеристики шероховатости. Его можно назвать радиационным методом измерения шероховатости, и сводится он к тому, что измеряют характеристики теплового излучения, а не отражающие характеристики поверхности.

Всякая поверхность, имеющая определенную температуру, излучает (при обычных комнатных температурах) обычно в длинноволновой инфракрасной области спектра около 10 мкм.

Это излучение, которое может быть зарегистрировано чувствительными термоприемниками, зависит, при прочих равных условиях, от микрогеометрии поверхности. Таким образом, две поверхности, изготовленные из одного и того же материала и имеющие одну и ту же температуру, будут по-разному излучать свет в зависимости от степени шероховатости.