形貌与边缘复合测量探头系统

发布时间：2020-09-10 17:48

　　为了设计一种形貌与边缘复合测量系统,能够兼具形貌、边缘、阶高等多种测量功能,本文主要完成了如下几项工作:1、设计并搭建了基于干涉原理的光路系统。利用Linnik型相移显微干涉测量原理对微观表面形貌三维重建,使用五步相移法提取相位,Goldstein算法展开相位。2、设计了以蓝光DVD光学读取头为核心的共焦光路系统。通过标定读取头输出的聚焦误差信号(FES)测量阶高,通过判断FES大小辅助调节探头位置;利用求和信号(SS)建立边缘检测模型,设立适当阈值确定边缘位置。3、利用光强反馈调节原理,设计并制作半导体激光器自动功率控制(APC)电路。根据读取头输出信号特点,设计并制作四象限传感器信号处理电路。4、设计并制作了基于压电陶瓷管(PZT)和铍青铜片的移相器。选取PZT最佳线性区间,通过标定移相器电压位移关系,带动参考镜精准相移。5、在恒温系统(20±0.2℃)、隔振实验条件下进行相关实验。测量4mm和6mm阶高,标准差分别为44 nm和53 nm;对阶高块宽度和微孔直径测量,标准差分别为88 nm和49 nm。对标准栅格、光学平面镜和钢球的表面形貌进行了测量,并能够重建其三维形貌。最后对探头系统进行了误差分析。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

原理图,原理图,被测器件,散斑

线性区间测量阶高，通过更换物镜数值孔径可扩大测量范围。同时，该探头系统具有测量重复性好、测量速度快和成本低等优点。1.2 研究现状非接触式的测量方法有很多，比较常见的如激光三角测量法，测量范围较大且对待测表面要求不高[11]；白光干涉测量技术，由于使用非相干光源，此技术需要设计微调装置，可重建物体表面形貌[12]；共焦显微测量技术，主要结构由共轭成像系统组成，当被测器件表面与探测表面位置共轭时，打在探测器上的光点最小、能量最大，此技术在生物测量领域内广泛应用[13][14]；全息干涉测量技术，它对被测器件的工作环境，如负载、温度和压力等没有严格限制，具有较高的检测精度和灵敏度[15]；散斑干涉法，激光照射在粗糙表面发生折射，形成亮斑与暗斑，通称为散斑，分析这些散斑就可以检测出被测器件表面各点的位移[16]。针对不同的测量场合和测量需求，应选用合适的测量方法以达到测量目的。下面主要介绍非接触式探头和仪器在国内外的研究现状。

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图 1.2 利用驻波干涉模型测量原理图2 The standing wave interference model measurement principle 在上面的基础上，日本 Yasuhiro Takaya 等人为了测量了基于驻波模型的光学干涉测量技术，激光捕获的散形成驻波干涉模型[18]。使用的 8 m 测球处于动态平衡换为微球的往复运动。并通过高精度光滑表面的轮廓可行性，测量分辨力优于 10 nm，最大可测量范围 2。

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图 1.2 利用驻波干涉模型测量原理图1.2 The standing wave interference model measurement principle di，在上面的基础上，日本 Yasuhiro Takaya 等人为了测量出了基于驻波模型的光学干涉测量技术，激光捕获的散可形成驻波干涉模型[18]。使用的 8 m 测球处于动态平衡转换为微球的往复运动。并通过高精度光滑表面的轮廓其可行性，测量分辨力优于 10 nm，最大可测量范围 250。

【参考文献】