[發(fā)明專利]一種便攜式納米加工在線測量裝置及測量方法

有效

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• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107388982B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 楊樹明;楊新宇;張國鋒;薛興昌;楊林林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種便攜式納米加工在線測量裝置及測量方法，包括光學測頭和電控模塊，光學測頭通過光學測頭底板與電控模塊固定；工作時，可調(diào)諧紅外激光諧振腔與穩(wěn)壓激光二極管發(fā)出的光由光纖連接到光纖傳輸模塊，光纖傳輸模塊將兩路激光耦合并傳送至光纖準直器，光纖準直器將光投射到閃耀光柵上，閃耀光柵的零級衍射光投射到參考臂反射鏡并原路返回，一級衍射光經(jīng)準直透鏡投射到被測物表面并原路返回；兩路光干涉并返回到光纖準直器，由光纖傳輸模塊檢測干涉信號；電控模塊包括供電單元、信號采集處理以及系統(tǒng)閉環(huán)控制單元，實現(xiàn)光學側頭供電、將干涉信號傳送給計算機進行數(shù)據(jù)處理及將系統(tǒng)信號偏差傳送給壓電陶瓷供電單元穩(wěn)定系統(tǒng)工作點的功能。

技術領域

本發(fā)明屬于光學測量領域，具體涉及一種便攜式納米加工在線測量裝置及測量方法。

背景技術

測量儀器與方法的突破對于科學技術的進步有重大促進作用。隨著科學研究及產(chǎn)業(yè)應用的迅猛發(fā)展，精度為微納量級的精密超精密加工，超大規(guī)模集成電路，以及微機電系統(tǒng)技術提出了納米測量及計量的需求。納米級精度器件批量化生產(chǎn)中，往往由于表面形貌不達標導致殘次品，為提高成品率，需要在加工過程中對表面進行檢測與評價。當前用于納米測量的的方法與儀器尚處于實驗室階段，只能實現(xiàn)器件的離位測量，且需要穩(wěn)定的環(huán)境及隔振，有一定局限性。開發(fā)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的在線測量設備，將科研成果應用于產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)納米器件表面的在線及在位測量，將顯著提高納米加工效率，同時降低生產(chǎn)成本，具有重大的實用價值。

納米測量技術主要包括光學測量方法、觸針式測量方法及掃描顯微鏡。在現(xiàn)場測量的情況下，觸針式方法測量速度慢，且易損傷被測表面，掃描顯微鏡受被測物材料限制，存在一定的局限性。用于納米測量的光學方法有激光干涉法、共焦掃描顯微鏡法、光柵尺法等。共焦掃描顯微鏡法儀器結構繁雜、體積大，現(xiàn)場測量不方便安裝，且容易受到外界干擾影響；光柵尺法機械結構、光路、信號及數(shù)據(jù)處理等方面比較簡單，對環(huán)境要求不高，但測量精度低；激光干涉法能夠以簡單的結構實現(xiàn)測量，雖然易受環(huán)境擾動影響，但可通過系統(tǒng)閉環(huán)控制提高穩(wěn)定性，是適用于納米尺度在線測量的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工作狀態(tài)穩(wěn)定、測量操作簡便、抗干擾的便攜式納米加工在線測量裝置及測量方法，可用于納米加工的在線、在位測量。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案予以實現(xiàn)：

一種便攜式納米加工在線測量裝置，包括光學測頭和電控模塊，光學測頭通過光學測頭底板與電控模塊固定連接；其中，

光學測頭包括安裝在光學測頭底板上的可調(diào)諧紅外激光諧振腔、穩(wěn)壓激光二極管和光纖傳輸模塊以及通過光學元件安裝基座安裝在光學測頭底板上的空間光學元件；空間光學元件包括光纖準直器、閃耀光柵、參考臂反射鏡、壓電陶瓷和準直透鏡；

每個空間光學元件的中心線均位于同一水平面；

工作時，可調(diào)諧紅外激光諧振腔與穩(wěn)壓激光二極管發(fā)出的光線由光纖連接到光纖傳輸模塊，光纖傳輸模塊將兩路激光耦合并傳送至光纖準直器，光纖準直器將光投射到閃耀光柵上，閃耀光柵出射的零級衍射光投射到參考臂反射鏡并原路返回，一級衍射光經(jīng)準直透鏡投射到被測物表面并原路返回；兩路光在閃耀光柵處干涉并返回到光纖準直器，由光纖傳輸模塊檢測干涉信號；

電控模塊包括供電單元、信號采集處理以及系統(tǒng)閉環(huán)控制單元，系統(tǒng)工作時，電控模塊的供電單元為光學測頭的可調(diào)諧紅外激光諧振腔、穩(wěn)壓激光二極管及壓電陶瓷供電，信號采集單元將干涉信號傳送給計算機進行數(shù)據(jù)處理，同時，系統(tǒng)閉環(huán)控制單元將系統(tǒng)信號偏差傳送給壓電陶瓷供電單元，由壓電陶瓷帶動參考臂反射鏡運動穩(wěn)定系統(tǒng)工作點。