[發(fā)明專(zhuān)利]利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910235672.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109884061B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫德貴;尚鴻鵬;形文超;孫喆禹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué);南京帝特鵬光子集成技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/84
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/84;G01B11/30
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽(yáng)

1.利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，該方法使用的共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)包括：短波長(zhǎng)激光器、激光擴(kuò)束透鏡、二向色鏡、二向色鏡控制器、大口徑物鏡、針孔光闌、過(guò)濾器、光電倍增管和計(jì)算機(jī)；該無(wú)損測(cè)量方法包括如下步驟：

步驟一：短波長(zhǎng)激光器發(fā)出的激光經(jīng)由激光擴(kuò)束透鏡擴(kuò)束，通過(guò)二向色鏡反射到大口徑物鏡后聚焦在被測(cè)物體內(nèi)部，形成一個(gè)納米級(jí)大小的光斑；所述光斑攜帶被檢測(cè)區(qū)域信息反射回大口徑物鏡和二向色鏡后透射通過(guò)針孔光闌成像，通過(guò)過(guò)濾器后被光電倍增管所接收，存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中，其中所述針孔光闌設(shè)置在像點(diǎn)位置，孔徑小于艾里斑單元；

步驟二：在被測(cè)物體的上表面分別沿水平和垂直半徑上設(shè)定數(shù)量相同的測(cè)試點(diǎn)，在所述測(cè)試點(diǎn)內(nèi)確定測(cè)試范圍的平面，通過(guò)二向色鏡控制器控制二向色鏡做俯仰和左右運(yùn)動(dòng)，使光斑在所述平面附近從左到右進(jìn)行掃描成像，然后調(diào)節(jié)二向色鏡控制器使二向色鏡移動(dòng)，掃描深度以納米級(jí)步長(zhǎng)向上移動(dòng)，進(jìn)行第二次掃描成像……重復(fù)以上步驟，直至掃描成像覆蓋所述平面，形成圖像存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中；

步驟三：在所述平面內(nèi)選定一形貌曲線(xiàn)，對(duì)其中的一段放大，計(jì)算得到這一條形貌曲線(xiàn)由共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)給出的峰值粗糙度和總粗糙度的平均值，并給出了測(cè)量誤差；進(jìn)而獲得同一波導(dǎo)多個(gè)采樣長(zhǎng)度的峰值粗糙度和總粗糙度平均值；對(duì)一個(gè)波導(dǎo)多個(gè)采樣長(zhǎng)度的重復(fù)上述表面粗糙度測(cè)量獲得多個(gè)波導(dǎo)多個(gè)采樣長(zhǎng)度峰值粗糙度和總粗糙度的平均值，并進(jìn)一步獲得峰值粗糙度和總粗糙度的最后平均值；

步驟四：在所述被測(cè)物體上的所有測(cè)試點(diǎn)重復(fù)步驟三，最終得到了被測(cè)物體上表面的粗糙度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，步驟二所述的過(guò)程如下：在所述平面內(nèi)，波導(dǎo)通道橫截面方向?yàn)闄M向，光信號(hào)傳輸方向?yàn)榭v向，在橫 方向選擇m個(gè)波導(dǎo)通道，然后沿著波導(dǎo)通道的傳輸方向等分n段，m和n∈[5,15]；選定第m個(gè)通道中的一個(gè)形成n段形貌曲線(xiàn)，對(duì)其中一段作為采樣長(zhǎng)度并放大10倍，對(duì)每一條形貌曲線(xiàn)計(jì)算粗糙度，由共聚焦激光掃描系統(tǒng)按均方根給出每個(gè)采樣長(zhǎng)度內(nèi)形貌曲線(xiàn)的峰值粗糙度和總粗糙度單元；

其中Z(x)為某個(gè)峰值與深谷的總高度的絕對(duì)值，l為峰值與深谷的長(zhǎng)度，CN為掃描測(cè)定范圍內(nèi)峰值與深谷區(qū)域的總數(shù)，獲得n個(gè)采樣長(zhǎng)度的峰值粗糙度和總粗糙度平均值，即一維平均值；對(duì)所有m個(gè)測(cè)試分析面重復(fù)上述表面粗糙度測(cè)量獲得m個(gè)峰值粗糙度和總粗糙度的二維平均值，即為一個(gè)測(cè)試點(diǎn)最后粗糙度平均值，依次方法可進(jìn)一步獲得所有測(cè)試點(diǎn)的峰值粗糙度和總粗糙度的平均值；從而獲得被測(cè)表面粗糙度在整個(gè)被測(cè)物上的分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，步驟二所述的二向色鏡以10納米步長(zhǎng)向上運(yùn)動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，所述步驟二中的掃描區(qū)域?yàn)?00μm²。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，還包括一個(gè)呈放被測(cè)物，最大轉(zhuǎn)角為45度的載物臺(tái)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用共聚焦激光掃描顯微系統(tǒng)測(cè)量介質(zhì)表面粗糙度的方法，其特征在于，所述二向色鏡控制器控制二向色鏡做三維掃描運(yùn)動(dòng)。