超精密加工表面粗糙度測量方法對比及功率譜密度評價.pdf

1、隨著科學儀器、微機電系統(tǒng)，光電信息技術的迅速發(fā)展，各工業(yè)部門對零件表面質量的要求越來越高，如 X射線反射鏡和激光陀螺反射基片均要求表面粗糙度在亞納米級尺度。這對超精密表面測量技術和測量理論體系提出了更高的要求。因此本文圍繞超精密加工表面測量的相關問題開展了相應的研究工作，具體研究內容包括如下幾個方面：
　　綜述了二維及三維表面形貌的傳統(tǒng)評定方法，討論了這些傳統(tǒng)參數在應用中的局限性，進而引入了功率譜密度評價方法，并對一維及二維功率譜

2、密度的定義及估計算法進行了詳細地分析。鑒于傳統(tǒng)估計算法的固有缺陷，提出了三種提高功率譜密度估計質量的方法，并舉以實例針對每種方法進行了驗證，結果表明三種方法均能不同程度地克服原算法的缺陷，提高了功率譜密度估計精度。
　　總結了原子力顯微鏡、觸針式輪廓儀及白光干涉儀的原理及性能參數，分析了這些儀器的誤差影響因素，并在此基礎上，應用這些典型的儀器分別對包括石英玻璃、單晶硅片及微晶玻璃在內的三種試樣表面形貌進行了測量，給出了這些表面的粗

3、糙度值。而不同的測量儀器具有不同的頻帶寬度，因此所測得的粗糙度值并不能直接地進行對比。通過計算這些表面的一維功率譜密度，并在三種儀器共有的頻段內計算每種儀器對應的功率譜密度曲線下方的面積，即均方根值，實現了對不同儀器測得的粗糙度值進行直接地對比。通過對比發(fā)現，原子力顯微鏡是用于測量高頻表面結構的最佳儀器。通過對測量結果的進一步分析發(fā)現，測量條件（如采樣間距，掃描范圍）的改變直接影響著表面粗糙度，考慮到目前尚沒有指導選擇合理采樣條件的標準

4、文件，因而本文提出了基于頻譜分析的確定合理采樣條件的方法，并通過測量兩種典型表面驗證了這一方法，證明了此方法是合理的。
　　除此之外，本文還應用了原子力顯微鏡對在不同工藝條件下得到的超精密加工表面進行了測量，并應用功率譜密度表征了各種表面。通過對功率譜密度曲線的對比研究發(fā)現，功率譜密度是指導加工方法選擇及工藝參數優(yōu)化的有力工具，它能夠定量地描述表面輪廓在空間頻段的分布情況，為系統(tǒng)地分析超精密加工工藝對表面質量的影響提供了豐富的信息