三色组合光源光学轮廓仪研究

发布时间：2020-11-19 02:50

　　 制件表面微观形貌和结构质量与其功能特性密切相关。表面形貌测量,对表面质量及其功能特性保证具有重要意义。白光干涉表面形貌测量方法具有非接触、高效率、高精度特点,尤其适用于MEMS、IC、微纳光学等功能表面的高精度测量。本文主要围绕现有白光干涉测量系统干涉信号对比度低、对垂直扫描采样频率要求高及测量自动化程度不高的缺点,对其光源、表面恢复和自动对焦定位等方面展开研究。主要工作内容如下:1、设计构建了一套由RGB三色组合光源代替白光LED光源的照明系统,有效改善了光源光谱分布特性,从而大幅度提高了干涉信号对比度。2、研究并实现了三色组合光照明下干涉信号的空间频域分析算法,其能在垂直扫描低采样频率的情况下,实现表面形貌的高精度恢复,极大提高了测量效率。3、研究并比较了几种常用的对焦评价算子,选择出一种不受背景光强变化影响、对干涉条纹敏感的评价算子,进而基于自动对焦扫描算法,实现了轮廓仪快速、准确的自动对焦扫描功能。4、将三色组合光源、干涉信号空间频率域分析与形貌恢复算法以及自动对焦算法应用于自主开发的光学轮廓仪,并进行实验测试,取得了良好结果。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

作为制造单元的反馈，以提高零件加工工艺水平[3]。常见功能表面三维形貌如图1-1所示。(a)珩磨表面 (b)MEMS 表面 (c)透镜表面图1-1 不同功能表面三维形貌最早的表面测量方式主要是通过触针接触式扫描工件表面来测量零件的表面形貌[4]。在当时，触针接触式二维测量方法主要应用于制造行业，如造船、钢铁厂和汽车制造业等，基本上只需测量一条轮廓线，便可以满足测量要求，但是所获得的信息仅为表面轮廓变化。随着工业技术的不断发展，大量具有高精度表面的机械零件不断进入工程领域，表面形貌测量技术对于光学器件、航空航天、医疗设备、电子等多个领域变得越来越重要。这些新兴行业与传统制造行业不同，因为它们的表面形貌影响表面的功能（液体的流动，光的反射，表面摩擦学等），故对表面测量提出了更高的要求，二维测量已不能满足实际要求，故引出了表面三维形貌测量技

了大大的简化，模块集成程度亦大大的提高，进而，增强了干涉显微镜模动干扰能力。自 Mirau 干涉显微物镜出现之后，白光干涉表面测量仪器的究进入了飞速发展的阶段。参考镜分光镜被测面参考镜分光镜被测面参考镜被测面分光镜(a)Michelson 型 (b)Linnik 型 (c)Mirau 型图 1-3 干涉显微镜光路结构及分类前，应用较为广泛的白光干涉仪是基于 Mirau 干涉法和 PZT 驱动式进行结，如图 1-4 所示。但是由于 PZT 驱动范围的限制，不能满足于某些工件对量的要求。为满足某些工件（如：大尺寸台阶、沟槽等）对大量程测量的内外均在进行着相关研究与干涉仪器的开发。

图 1-5 Wyko NT 9080 光学轮廓测量仪科研院所和高校也在对白光干涉仪做一些实质性国家重大科学仪器设备开发专项中独立研制的垂的成果[21-23]，如图 1-6 所示。其垂直测量范围达到 级。但是其测量精度和测量效率均落后于国外商干涉测量系统仍有待进一步优化和完善。
【参考文献】

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本文编号：2889584