基于白光干涉的表面形貌接觸和非接觸兩用測量系統的研究.pdf

1、表面形貌的測量方法通常可分接觸式和非接觸式兩種，這兩種方法在許多方面具有互補性且各自有自己的應用領域，因此有必要將兩種測量技術集合組成一種混合型的測量儀器。本文以白光干涉測量技術為基礎，以Linnik干涉顯微鏡為主體構成了一種新型的接觸和非接觸兩用表面形貌測量系統。下面對論文的主要創(chuàng)新與研究內容進行概述和總結。 提出了一種基于白光干涉測量技術的接觸式表面形貌測量系統。利用波動理論點擴散函數的方法建立了接觸式測量的數學模型，并討論

2、了接觸式測量系統的靈敏度、非線性誤差等特性。 提出了一種接觸和非接觸兩用表面形貌測量系統，兩種測量方法均以白光干涉測量技術為基礎，結構上均以Linnik干涉顯微鏡為主體。與其它同類測量系統相比，本系統具有資源共用程度高、測量精度高、成本低、應用廣泛的特點。由于采用了白光干涉測量技術，沒有單色光干涉測量系統所具有的相位模糊問題，與垂直位移掃描工作臺和x-y掃描工作臺相結合，接觸式和非接觸式測量系統均可進行大量程的測量。對非接觸式測

3、量的條紋識別方法進行了分析和總結，提出了非接觸式測量的零級條紋判別采用兩種求解方法，分別用于滿足實際測量中對測量速度和測量精度要求不同的多種場合。 對測量系統的主要部件進行了設計。討論了白光光源的特性，提出了一種白光干涉儀中組合光源的設計判斷標準，推導出了雙組合光源和三組合光源的簡潔設計公式，計算機模擬結果表明，本設計方法可以有效地提高白光干涉圖形中零級條紋的識別精度。對接觸式測量中杠桿機構的十字彈性支承進行了設計，并對杠桿機構

4、的動態(tài)特性進行了分析。推導出了表面粗糙度與測量速度和測量力之間的關系，對接觸式測量設置了三擋掃描速度，能夠滿足對不同粗糙度表面進行快速、有效的測量要求。對Linnik干涉顯微鏡中分光棱鏡產生的誤差進行了討論，設計了工作臺計量光柵的處理電路及其光柵信號的軟件處理方法。 討論了整個測量系統的動態(tài)特性、濾波特性、測量的穩(wěn)定性和重復性等特性。分析了接觸式測量系統和非接觸式測量系統的測量誤差，分別設計了杠桿機構動態(tài)特性的標定方法以及接觸式