便攜式光學(xué)表面輪廓儀的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)研究和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，微電子、光學(xué)、機(jī)械行業(yè)對超精密加工元件的表面面形精度檢測要求越來越高，工業(yè)生產(chǎn)在線檢測對測量儀器的穩(wěn)定性、便攜性、靈活性和功能性提出了更高的要求。本文采用短相干光顯微干涉測量技術(shù)和相移技術(shù)相結(jié)合的方法，將光機(jī)系統(tǒng)集成化，研制了便攜式光學(xué)表面輪廓儀，實(shí)現(xiàn)了元件表面微觀三維形貌的高精度、快速測量。
　　本文分析了基于短相干光干涉顯微鏡的相移干涉技術(shù)，掌握其工作原理與設(shè)計要素，并以此為基礎(chǔ)搭建短相干光M

2、irau型干涉顯微系統(tǒng)。將光路系統(tǒng)嵌入機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部，使光路系統(tǒng)、微位移系統(tǒng)和機(jī)械三維調(diào)整平臺這三個分立模塊融為一體，實(shí)現(xiàn)儀器的集成化，大大縮小了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體積，提高了對氣流和振動等環(huán)境干擾因素的抑制能力。為了提高儀器的適用性，優(yōu)化了機(jī)械三維調(diào)整測量臺，實(shí)現(xiàn)了正置、倒置兩種測量模式，分別用于小口徑和大口徑元件表面的檢測，打破了對被測元件橫向尺寸的限制。為了實(shí)現(xiàn)均勻照明，同軸照明系統(tǒng)中使用LED光源，經(jīng)干涉濾光片進(jìn)行短相干調(diào)制，得到了均勻的光

3、強(qiáng)背景。同時研究高精度相位提取算法，對比分析了不同的移相算法及其精度，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)采用重疊平均移相算法抑制了環(huán)境噪聲造成的非線性誤差。此外使用迭代Gamma估算法校正了CCD非線性誤差，提高了儀器的檢測精度。為實(shí)現(xiàn)被測件的精密移相，基于壓電陶瓷移相器設(shè)計了微位移系統(tǒng)。最后，為了驗證儀器的準(zhǔn)確性、高效性和穩(wěn)定性，使用便攜式光學(xué)表面輪廓測量藍(lán)寶石、硅晶圓等超光滑元件表面并分析了三維表面粗糙度參數(shù)。結(jié)果表明，儀器的粗糙度測量精度為0.1nm，