基于垂直掃描工作臺的白光干涉表面形貌測量系統(tǒng)研究.pdf

1、掃描白光干涉顯微測量技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種表面微觀形貌測量技術(shù)，它具有非接觸、大量程、高精度、高效率的特點(diǎn)。本文基于掃描白光顯微干涉測量原理，利用研制的光柵計(jì)量型掃描定位工作臺，通過對國產(chǎn)6JA顯微儀光學(xué)系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)控制下的工作臺垂直掃描、光柵計(jì)量定位、CCD采集干涉圖像、計(jì)算機(jī)自動完成形貌計(jì)算和評定的掃描白光干涉微觀形貌測量系統(tǒng)。儀器的主要技術(shù)指標(biāo)為：垂直測量范圍：0～60μm；垂直分辨率：2nm；顯微鏡數(shù)值孔徑：0

2、.65；橫向測量范圍：φ0.25 mm；橫向分辨率：0.52μm；形貌重復(fù)測量誤差小于±5％。本文的核心內(nèi)容包括兩部分：第一部分是垂直掃描定位工作臺的研制，第二部分是掃描白光干涉理論及形貌提取算法的研究。主要改進(jìn)及創(chuàng)新如下：
　　 ⑴研制了共光柵標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器的粗、精兩級定位垂直掃描工作臺，滿足了大行程、納米級定位精度的測量要求。研制的工作臺粗定位級掃描范圍達(dá)5mm，精定位級為60μm，定位分辨率優(yōu)于2nm。工作臺的設(shè)計(jì)已申請了國家

3、發(fā)明專利(申請?zhí)枺?00510018618.1)。
　　 ⑵建立了顯微干涉系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，揭示了數(shù)值孔徑、光源光譜分布對干涉條紋及其包絡(luò)分布的影響規(guī)律，分析了它們對形貌測量靈敏度和范圍的影響。
　　 ⑶提出了等步距白光相移快速算法，解決了白光干涉測量中形貌的快速、準(zhǔn)確提取問題，完成了光源帶寬、數(shù)值孔徑、移相步距等因素對算法精度影響的分析。
　　 ⑷完成了掃描白光干涉形貌測量儀的研制。設(shè)計(jì)的儀器具有模塊化的特點(diǎn)：干