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)。下面對論文的主要創(chuàng)新與研究內(nèi)容進行概述和總結(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)。利用波動理論點擴散函數(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。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和x-y掃描工作臺相結(jié)合，接觸式和非接觸式測量系統(tǒng)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(jié)，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(tǒng)的主要部件進行了設(shè)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(shè)計判斷標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)出了雙組合光源和三組合光源的簡潔設(shè)計公式，計算機模擬結(jié)果表明，本設(shè)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(gòu)的十字彈性支承進行了設(shè)計，并對杠桿機構(gòu)

4、的動態(tài)特性進行了分析。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)生的誤差進行了討論，設(shè)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(tǒng)的動態(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)計了杠桿機構(gòu)動態(tài)特性的標(biāo)定方法以及接觸式