基于白光干涉的表面形貌接觸和非接觸兩用測量系統(tǒng)的研究.pdf

1、表面形貌的測量方法通?？煞纸佑|式和非接觸式兩種，這兩種方法在許多方面具有互補(bǔ)性且各自有自己的應(yīng)用領(lǐng)域，因此有必要將兩種測量技術(shù)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(shù)為基礎(chǔ)，以Linnik干涉顯微鏡為主體構(gòu)成了一種新型的接觸和非接觸兩用表面形貌測量系統(tǒng)。下面對論文的主要?jiǎng)?chuàng)新與研究內(nèi)容進(jìn)行概述和總結(jié)。 提出了一種基于白光干涉測量技術(shù)的接觸式表面形貌測量系統(tǒng)。利用波動(dòng)理論點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的方法建立了接觸式測量的數(shù)學(xué)模型，并討論

2、了接觸式測量系統(tǒng)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(tǒng)，兩種測量方法均以白光干涉測量技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)上均以Linnik干涉顯微鏡為主體。與其它同類測量系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有資源共用程度高、測量精度高、成本低、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。由于采用了白光干涉測量技術(shù)，沒有單色光干涉測量系統(tǒng)所具有的相位模糊問題，與垂直位移掃描工作臺(tái)和x-y掃描工作臺(tái)相結(jié)合，接觸式和非接觸式測量系統(tǒng)均可進(jìn)行大量程的測量。對非接觸式測

3、量的條紋識(shí)別方法進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了非接觸式測量的零級(jí)條紋判別采用兩種求解方法，分別用于滿足實(shí)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(tǒng)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)判斷標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出了雙組合光源和三組合光源的簡潔設(shè)計(jì)公式，計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)方法可以有效地提高白光干涉圖形中零級(jí)條紋的識(shí)別精度。對接觸式測量中杠桿機(jī)構(gòu)的十字彈性支承進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對杠桿機(jī)構(gòu)

4、的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析。推導(dǎo)出了表面粗糙度與測量速度和測量力之間的關(guān)系，對接觸式測量設(shè)置了三擋掃描速度，能夠滿足對不同粗糙度表面進(jìn)行快速、有效的測量要求。對Linnik干涉顯微鏡中分光棱鏡產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了討論，設(shè)計(jì)了工作臺(tái)計(jì)量光柵的處理電路及其光柵信號(hào)的軟件處理方法。 討論了整個(gè)測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、濾波特性、測量的穩(wěn)定性和重復(fù)性等特性。分析了接觸式測量系統(tǒng)和非接觸式測量系統(tǒng)的測量誤差，分別設(shè)計(jì)了杠桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)定方法以及接觸式