[發(fā)明專利]一種用于表面三維形貌測量的白光干涉系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110307805B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 李豪偉;李慧鵬;宋凝芳;張春熹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種用于表面三維形貌測量的白光干涉系統(tǒng)，可對精密元器件提供無損、快速、高精度、電動的表面三維形貌測量。照明模塊對光進行準直整形，成像模塊將準直整形后的光分為物光和參考光，兩束光的反射光合束后干涉，條紋調(diào)整和掃描模塊調(diào)整參考鏡的偏轉(zhuǎn)姿態(tài)，在干涉條紋滿足掃描要求時進行掃描，成像模塊將干涉光放大成像后傳輸給處理模塊，處理模塊根據(jù)圖像重現(xiàn)被測樣品的表面三維形貌，被測樣品利用樣品夾持模塊固定且利用對焦模塊實現(xiàn)對焦，照明模塊、條紋調(diào)整和掃描模塊和成像模塊利用系統(tǒng)固定模塊固定，整個系統(tǒng)結(jié)構設計緊湊，具有體積小、便于集成、易于搬運、適合異地測試等優(yōu)勢，且參考鏡的偏轉(zhuǎn)角度可以實現(xiàn)電動精確調(diào)節(jié)。

技術領域

本發(fā)明涉及表面檢測技術領域，尤其涉及一種用于表面三維形貌測量的白光干涉系統(tǒng)。

背景技術

表面形貌是指表面的微觀幾何形態(tài)，它是由于加工過程中刀具與零件之間的摩擦、切削分離時的塑性變形和金屬撕裂、加工系統(tǒng)的振動等原因在零件表面留下的各種不同形狀和尺寸的微觀結(jié)構。表面形貌對于加工過程中工藝過程的狀態(tài)變化十分敏感，因此，被認定為加工過程中控制、監(jiān)測和診斷的重要手段。隨著高科技的發(fā)展，諸多領域?qū)τ谠骷谋砻嫘蚊蔡岢隽嗽絹碓礁叩囊螅纾呻娐返墓杵琗射線儀及激光器的發(fā)射鏡窗片，同步輻射光學組件，激光陀螺和光纖陀螺的光學組件，以及納米技術和生物技術等前沿學科領域。

表面形貌的測量方法基本可以分為接觸式測量和非接觸式測量兩種。例如，機械探針式測量法和掃描探針式測量法屬于接觸式測量法，雖然具有較高的測量精度，但會損傷被測樣品的表面，測量結(jié)果的重復性低；光學探針式測量法、掃描電子顯微鏡和白光干涉測量法屬于非接觸式測量法，其中，光學探針式測量法和掃描電子顯微鏡雖然不會損傷被測樣品的表面，但存在測量范圍小、測量速度慢且易損傷探針等缺點，而白光干涉測量法的非接觸和快速測量特性，使得它在實際應用中得到飛速發(fā)展。

白光干涉測量法是利用白光的低相干特性，將物體表面三維形貌信息反映到干涉信號上，通過對干涉圖像進行分析，恢復出待測樣品的表面三維形貌。白光干涉測量法最大的優(yōu)點是測量精度高、速度快、無損傷。

目前，國內(nèi)的白光干涉系統(tǒng)一般為垂直光路型(即立式結(jié)構)，且系統(tǒng)中的分部件多為標準件，因此，存在體積大、結(jié)構復雜的問題，例如，邁克爾遜型干涉儀一般以光學標準件搭建而成，特別是成像部分，以光學標準件搭建而成，或者采用尼康等公司的邁克爾遜型干涉微分鏡頭。現(xiàn)有的白光干涉系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式多為手動，很難精確控制定量的位移輸出，而白光干涉系統(tǒng)是一個精密測量系統(tǒng)，不精確的手動調(diào)節(jié)會增加測量難度，引入測量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于表面三維形貌測量的白光干涉系統(tǒng)，用以在保證高精度測量的前提下，解決系統(tǒng)體積大、調(diào)節(jié)非電動等問題。

因此，本發(fā)明提供了一種用于表面三維形貌測量的白光干涉系統(tǒng)，包括：照明模塊、條紋調(diào)整和掃描模塊、成像模塊、處理模塊、樣品夾持模塊、對焦模塊以及系統(tǒng)固定模塊；其中，

所述照明模塊，用于對低相干光進行準直整形；

所述條紋調(diào)整和掃描模塊，用于調(diào)整參考鏡的偏轉(zhuǎn)姿態(tài)，以調(diào)整干涉條紋的幅度和偏轉(zhuǎn)角度，待所述干涉條紋滿足掃描要求時進行掃描；

所述成像模塊，用于將準直整形后的光分為兩束光，一束為照射在被測樣品的物光，另一束為照射在所述參考鏡的參考光，并將由所述物光的反射光和所述參考光的反射光合束后產(chǎn)生的干涉光放大成像，再將圖像傳輸給所述處理模塊；

所述處理模塊，用于將接收的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)據(jù)并進行解算，重現(xiàn)所述被測樣品的表面三維形貌；

所述樣品夾持模塊，用于固定所述被測樣品，使所述被測樣品的表面與所述物光垂直；

所述對焦模塊，與所述樣品夾持模塊固定連接，用于調(diào)整所述被測樣品的位置，使所述成像模塊成像清晰；