[發(fā)明專利]材料斷口表面微觀三維形貌干涉檢測裝置

有效

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• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104390604B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設計）人: 鄒文棟;王代君;徐章程;肖慧榮;陳春根;朱麗華
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 江西省專利事務所36100
• 代理人: 殷勇剛,張靜

技術領域

本發(fā)明屬于材料表面檢測技術領域，具體涉及一種材料斷口表面微觀三維形貌干涉檢測裝置。

背景技術

材料斷口表面的微觀形貌對于研究分析材料斷裂的產生及擴展過程具有極其重要的價值，愈來愈受到人們高度重視。目前，較多的采用掃描電鏡來獲取斷口微觀形貌，但是基本為二維圖像數(shù)據(jù)；由于斷口形貌具有復雜的三維特征，而二維圖像缺少縱向高度信息，因此，人們已逐漸轉向采用三維方式來研究材料斷口。根據(jù)文獻報道，目前獲取斷口表面三維形貌主要采用基于圖像的計算機三維重建技術、激光掃描測量技術和分層切片方法等。基于圖像的計算機三維重建又分為基于單幅圖像的三維重建和基于多幅圖像的三維重建，其中體視學法在金屬斷口三維重建中較多采用，它是由斷口的掃描電鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)立體對圖像來恢復其三維幾何形貌，該方法中圖案匹配問題是最關鍵的難點，處理不當會造成極大的重建誤差。激光掃描測量技術主要采用聚焦顯微成像或激光三角法重構三維形貌，通常用于研究巖石、混凝土等材料的斷口特性檢測分析。分層切片法就是用金相砂紙按一定厚度分層打磨斷口側表面，每層磨削后采集輪廓圖像，最后由計算機完成三維重建。顯然，該方法對樣品表面是有損傷的，一般適合于宏觀形貌的獲取。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種采用白光掃描干涉技術對材料斷口表面微觀形貌進行測量及三維重建，并且具有無損探傷、成本低、測程范圍大、縱向精度高等優(yōu)點的材料斷口表面微觀三維形貌干涉檢測裝置。

本發(fā)明通過以下技術方案解決上述技術問題：

一種材料斷口表面微觀三維形貌干涉檢測裝置，包括光源系統(tǒng)、分束器、測量臂、參考臂和CCD部件，其特征在于，

所述光源系統(tǒng)，提供照射光束；

分束器，將光源系統(tǒng)發(fā)射的光束分成兩束，一束通過測量臂照射被測樣品表面，另一束通過參考臂射向參考鏡；

測量臂，由顯微物鏡組Ⅰ和位于顯微物鏡組Ⅰ后部的載樣機構組成，

參考臂，由顯微物鏡組Ⅱ和位于顯微物鏡組Ⅱ后部的參考鏡構成；

測量臂與參考臂相互垂直共軛；

光源系統(tǒng)、分束器、顯微物鏡組Ⅰ、載樣機構、顯微物鏡組Ⅱ、參考鏡和CCD部件同軸依次設置；

光源系統(tǒng)發(fā)出一束光束，光束經過分束器分成兩束光，其中一束光束為測量光束，測量光束通過測量臂照射在載樣機構固定的樣品上，并經過樣品表面的反射再通過測量臂照射在CCD部件；

另一束光束為參考光束，參考光束通過參考臂照射在參考鏡上，并經過參考鏡表面的反射再通過參考臂照射在CCD部件；

CCD部件設置在測量光束和參考光束共同顯微干涉成像的位置，將圖像轉為電子圖像存儲，所述顯微物鏡組Ⅱ和參考鏡安裝在復合微調機構上，所述復合微調機構可以調節(jié)顯微物鏡組Ⅱ和參考鏡的空間位置；所述復合微調機構包括上微調塊和下微調塊，上微調塊通過下滑塊連接在下微調塊上；調節(jié)上微調螺釘移動上滑塊，并通過緊定螺釘微調上滑塊的滑動方向；調節(jié)下微調螺釘移動下滑塊，并通過緊定螺釘微調下滑塊的滑動方向，由此調節(jié)上、下滑塊的運動同軸性。上微調塊通過上滑塊連接參考鏡座，下微調塊通過下滑塊連接顯微物鏡組Ⅱ。

為了獲得更好的技術效果，所述顯微物鏡組Ⅱ和分束器的中間還設有補償平晶，所述補償平晶用來平衡測量光束和參考光束的光程差；

所述載樣機構包括多維載樣機構和壓電陶瓷，多維載樣機構包括底座、橫向調整座和旋轉固定筒；在多維載樣機構的底座上安裝有軸向微調旋鈕和滑動導軌，橫向調整座的底部與滑塊連接，通過旋轉軸向微調旋鈕，控制橫向調整座和旋轉固定筒一起沿著滑動導軌軸向運動；橫向調整座上設有垂直微調旋鈕和水平微調旋鈕，用于調整被測樣品的高度和左右位置，以便選擇待測量的樣品表面區(qū)域并被測量光束照射；通過定位螺絲將樣品固定在旋轉固定筒上，并通過旋轉旋轉固定筒，可以360°調節(jié)樣品的方位，這樣可以根據(jù)斷口樣品表面形貌特征，選擇合適的觀測方位角。由于方位旋轉帶來的軸向位移可通過軸向微調旋鈕補償，保證有最佳的軸向空間干涉掃描區(qū)間，從而達到最理想的檢測效果。

所述載樣機構還有微驅動單元，以控制樣品的前后微位移移動；所述微驅動單元包括微位移傳感器、壓電陶瓷(PZT)和壓電陶瓷控制與驅動模塊，微位移傳感器監(jiān)控載樣機構軸向空間掃描的微位移值，壓電陶瓷控制與驅動模塊控制施加給壓電陶瓷的電壓，壓電陶瓷為受壓產生電壓的陶瓷材料，利用其受壓產生電壓的逆原理，通過施加電壓控制壓電陶瓷的變形，以控制樣品的微位移。