四波长表面形貌干涉测量系统光路设计
发布时间：2022-11-12 13:52
近年来,融合光学计量技术与信息处理技术的干涉显微镜法,以其快速、高精度、无损检测等优越性,在MEMS器件的表面轮廓测量中得到了普遍应用,但都难以保证高精度和大范围的测量。本文通过分析干涉显微镜原理及结构,结合相移干涉和多波长干涉的优点,设计了基于四波长轮换的表面轮廓干涉测量系统。本文的主要研究工作分下述几点进行:第一、分析比较了林尼克、米洛、迈克尔逊三种显微干涉结构,阐述了国内外基于显微干涉结构进行表面轮廓测量的白光相移干涉法、波长扫描干涉法、双波长或多波长干涉法等。第二、以相移干涉法基本原理为基础,阐述了双波长、三波长、四波长相移干涉法原理,并对其进行了比较,最后提出了四波长表面形貌干涉测量系统原理。第三、运用光学设计仿真软件Zemax,对测量系统的光路进行仿真设计与理论分析,主要分为系统准直光路仿真设计、林尼克干涉光路仿真设计,用点列图、波面质量,对设计的系统进行理论分析。第四、按照机械设计原则,采用Solidworks及Auto CAD画图软件,对测量系统的机械结构进行设计,包括总体架构设计,各组成器件之间的固定、连接、安装等结构设计。第五、论述推导了四波长干涉条纹图分析处理算法...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题来源
1.2 课题研究目的和理论意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 光探针法
1.3.2 干涉显微镜法
1.4 主要研究内容
第2章 四波长表面形貌干涉测量系统原理
2.1 移相干涉测量原理
2.2 多波长移相干涉测量原理
2.2.1 双波长移相干涉测量原理
2.2.2 多波长移相干涉测量原理
2.3 四波长表面形貌干涉测量系统原理
2.4 本章小结
第3章 四波长表面形貌干涉测量系统光路及机械机构设计
3.1 测量系统结构框架
3.2 测量系统光路设计及理论分析
3.2.1 光路结构设计
3.2.2 照明光路设计及理论分析
3.2.3 Linnik干涉光路设计及理论分析
3.3 其他元器件的选择
3.3.1 图像传感器CCD的选择
3.3.2 压电陶瓷驱动器PZT的选择
3.3.3 数据采集卡的选择
3.3.4 二维工作台的选择
3.3.5 电机选择
3.4 测量系统机械结构设计
3.4.1 机械结构设计的原则
3.4.2 测量系统各组件的机械结构设计
3.5 本章小结
第4章 测量系统数据处理及实验验证
4.1 四波长干涉图像数据处理原理
4.1.1 获取灰度均值序列
4.1.2 计算初相位
4.1.3 计算远近波长相位差
4.1.4 计算绝对高度
4.1.5 恢复表面形貌
4.2 实验验证与分析
4.2.1 实验验证
4.2.2 实验分析
4.3 误差分析
4.3.1 测量误差现象
4.3.2 测量误差分析
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 全文展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统[J]. 杨练根,何浪,王选择,刘文超,何涛. 光学精密工程. 2015(09)
[2]Linnik白光干涉仪自动对焦及光程差最小化[J]. 李勇,吴奎,卢荣胜,董敬涛. 光电工程. 2012(11)
[3]对迈克尔逊干涉仪等倾成像特性研究[J]. 孙文斌,光明,汪文明. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势[J]. 李环亭,孙晓红,陈志伟. 现代技术陶瓷. 2009(02)
[5]光学法表面形貌测量技术[J]. 刘卿卿,李海燕,浦昭邦. 光电技术应用. 2008(02)
[6]A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography[J]. 杨旭东. Journal of Chongqing University（English Edition）. 2008(01)
[7]林尼克结构干涉测量系统误差分析[J]. 王海珊,史铁林,刘世元,冯奎景,廖广兰. 功能材料与器件学报. 2008(01)
[8]基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量[J]. 常素萍,谢铁邦. 华中科技大学学报(自然科学版). 2007(09)
[9]纳米级微间距的多波长干涉测量方法[J]. 沈邦兴,汪威,张海波. 光学精密工程. 2005(S1)
[10]表面形貌光学法测量技术[J]. 冯斌,王建华. 计量与测试技术. 2005(06)
博士论文
[1]基于白光干涉的表面形貌接触和非接触两用测量系统的研究[D]. 郧建平.华中科技大学 2008
[2]基于白光干涉轮廓尺寸与形貌非接触测量方法和系统[D]. 常素萍.华中科技大学 2007
[3]用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D]. 张红霞.天津大学 2004
[4]表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D]. 惠梅.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]基于波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌干涉图像采集系统[D]. 刘丙康.湖北工业大学 2015
[2]双波长光干涉光学系统设计与移相仿真研究[D]. 张聪旸.南京理工大学 2014
[3]基于相位调制的激光干涉位移测量系统关键技术研究[D]. 马琳.合肥工业大学 2014
[4]触针扫描表面形貌测量仪软件系统研究[D]. 邹星龙.华中科技大学 2014
[5]垂直扫描白光干涉测量关键技术的研究及应用[D]. 徐海涛.华中科技大学 2013
[6]基于白光干涉原理的MEMS三维表面形貌测量技术研究[D]. 申路.华南理工大学 2012
[7]白光显微干涉表面形貌三维测量系统的研究[D]. 李娟.华中科技大学 2012
[8]基于双波长干涉的微表面形貌测量的算法和实验研究[D]. 石凤.天津大学 2010
[9]基于白光干涉原理的三维微表面形貌测量技术研究[D]. 冯奎景.华中科技大学 2007
[10]表面微观形貌的测量及其表征[D]. 李志强.重庆大学 2006
本文编号：3706488
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
1.1 课题来源
1.2 课题研究目的和理论意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 光探针法
1.3.2 干涉显微镜法
1.4 主要研究内容
第2章 四波长表面形貌干涉测量系统原理
2.1 移相干涉测量原理
2.2 多波长移相干涉测量原理
2.2.1 双波长移相干涉测量原理
2.2.2 多波长移相干涉测量原理
2.3 四波长表面形貌干涉测量系统原理
2.4 本章小结
第3章 四波长表面形貌干涉测量系统光路及机械机构设计
3.1 测量系统结构框架
3.2 测量系统光路设计及理论分析
3.2.1 光路结构设计
3.2.2 照明光路设计及理论分析
3.2.3 Linnik干涉光路设计及理论分析
3.3 其他元器件的选择
3.3.1 图像传感器CCD的选择
3.3.2 压电陶瓷驱动器PZT的选择
3.3.3 数据采集卡的选择
3.3.4 二维工作台的选择
3.3.5 电机选择
3.4 测量系统机械结构设计
3.4.1 机械结构设计的原则
3.4.2 测量系统各组件的机械结构设计
3.5 本章小结
第4章 测量系统数据处理及实验验证
4.1 四波长干涉图像数据处理原理
4.1.1 获取灰度均值序列
4.1.2 计算初相位
4.1.3 计算远近波长相位差
4.1.4 计算绝对高度
4.1.5 恢复表面形貌
4.2 实验验证与分析
4.2.1 实验验证
4.2.2 实验分析
4.3 误差分析
4.3.1 测量误差现象
4.3.2 测量误差分析
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 全文展望
参考文献
致谢
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌测量系统[J]. 杨练根,何浪,王选择,刘文超,何涛. 光学精密工程. 2015(09)
[2]Linnik白光干涉仪自动对焦及光程差最小化[J]. 李勇,吴奎,卢荣胜,董敬涛. 光电工程. 2012(11)
[3]对迈克尔逊干涉仪等倾成像特性研究[J]. 孙文斌,光明,汪文明. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2011(04)
[4]压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势[J]. 李环亭,孙晓红,陈志伟. 现代技术陶瓷. 2009(02)
[5]光学法表面形貌测量技术[J]. 刘卿卿,李海燕,浦昭邦. 光电技术应用. 2008(02)
[6]A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography[J]. 杨旭东. Journal of Chongqing University（English Edition）. 2008(01)
[7]林尼克结构干涉测量系统误差分析[J]. 王海珊,史铁林,刘世元,冯奎景,廖广兰. 功能材料与器件学报. 2008(01)
[8]基于白光干涉的MEMS三维表面形貌测量[J]. 常素萍,谢铁邦. 华中科技大学学报(自然科学版). 2007(09)
[9]纳米级微间距的多波长干涉测量方法[J]. 沈邦兴,汪威,张海波. 光学精密工程. 2005(S1)
[10]表面形貌光学法测量技术[J]. 冯斌,王建华. 计量与测试技术. 2005(06)
博士论文
[1]基于白光干涉的表面形貌接触和非接触两用测量系统的研究[D]. 郧建平.华中科技大学 2008
[2]基于白光干涉轮廓尺寸与形貌非接触测量方法和系统[D]. 常素萍.华中科技大学 2007
[3]用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D]. 张红霞.天津大学 2004
[4]表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D]. 惠梅.中国科学院西安光学精密机械研究所 2001
硕士论文
[1]基于波长轮换与相移扫描相结合的表面形貌干涉图像采集系统[D]. 刘丙康.湖北工业大学 2015
[2]双波长光干涉光学系统设计与移相仿真研究[D]. 张聪旸.南京理工大学 2014
[3]基于相位调制的激光干涉位移测量系统关键技术研究[D]. 马琳.合肥工业大学 2014
[4]触针扫描表面形貌测量仪软件系统研究[D]. 邹星龙.华中科技大学 2014
[5]垂直扫描白光干涉测量关键技术的研究及应用[D]. 徐海涛.华中科技大学 2013
[6]基于白光干涉原理的MEMS三维表面形貌测量技术研究[D]. 申路.华南理工大学 2012
[7]白光显微干涉表面形貌三维测量系统的研究[D]. 李娟.华中科技大学 2012
[8]基于双波长干涉的微表面形貌测量的算法和实验研究[D]. 石凤.天津大学 2010
[9]基于白光干涉原理的三维微表面形貌测量技术研究[D]. 冯奎景.华中科技大学 2007
[10]表面微观形貌的测量及其表征[D]. 李志强.重庆大学 2006
本文编号：3706488
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