【技术实现步骤摘要】
一种非均质跃变表面形貌自动测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及形貌测量
,更具体的是涉及非均质跃变表面形貌自动测量装置及方法
技术介绍
[0002]高精度微观形貌测量依赖于高精度位移的测量。目前,众多的位移测量方法中,光电式位移测量技术优势明显,主要方法有白光干涉、激光共焦、原子力显微镜和光谱轴向色差等。其中,白光干涉位移测量方法的测量精度可达亚纳米量级,但环境适应性较差,不适于跃变结构检测;激光共焦位移测量方法测量精度可达纳米量级,但测量头体积大,工作距离短,难以用于内壁区域形貌检测;原子力显微镜位移测量方法测量精度可达亚纳米量级,但工作距离太短,难以实现工程应用;光谱轴向色差位移测量方法的测量精度较高,最高可达50nm,并且具有测量头体积小、速度快及对被测物颜色不敏感的优点,特别适用于微观形貌的测量。近年来,国内该领域的研究学者主要致力于色散选频光学系统的设计与优化,以满足更高要求的形貌测量。
[0003]随着社会的发展,形貌测量应用需求不断提高,被测表面不再局限于由单一材质组成的样品,逐渐出现了由多种材质组成的复杂样品,例如表面光泽的金属与表面较粗糙的塑料组合的被测样品、同时含有光泽的金属表面与无光泽的被腐蚀表面的样品等,此类被测样品的主要特点是其表面形貌测量数据容易缺失,并且缺失的数据往往是尤其重要的关键形貌信息。从本质上分析,产生数据缺失的主要原因在于,非均质跃变区域的吸光差异较大,影响反射光的光强过低或过高,现有的测量系统无光强反馈机制,导致光谱仪无法探测到完整的光谱信号而产 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,包括光谱仪(1)、光源(2)、光纤耦合器(3)、色散系统(4)、待测样品(5)、运动导轨(6)、导轨控制器(7)、计算机(8)和微控制器(9);光谱仪(1)、光源(2)均通过光纤耦合器(3)与色散系统(4)配合;所述运动导轨(6)为二维运动导轨,所述待测样品(5)固定在二维运动导轨上,所述导轨控制器(7)控制二维运动导轨驱动待测样品(5)在平面内运动;所述色散系统(4)的光轴方向与二维运动导轨的二维平面垂直,二维运动导轨驱动待测样品(5)在二维平面内运动实现扫描测量;所述导轨控制器(7)、计算机(8)、微控制器(9)三者之间建立电性连接,导轨控制器(7)与运动导轨(6)电性连接,计算机(8)通过导轨控制器(7)控制运动导轨(6)的扫描轨迹;微控制器(9)与光谱仪(1)电性连接,控制光谱仪(1)的光强数据和采集色散系统(4)到待测样品(5)表面的距离数据;光源(2)发出的复色光通过光纤耦合器(3)到达色散系统(4),经色散系统(4)形成沿光轴方向均匀分布的不同波长的单色光;聚焦在待测样品(5)表面的单色光,波长与色散系统(4)到待测样品(5)表面的距离一一对应的单色光经色散后光纤耦合器(3)返回至光谱仪(1),而其它波长的单色光则在因能量衰减而不能被光谱仪检测到,通过返回光谱仪(1)的波长即可计算得到距离数据,根据运动导轨(6)扫描轨迹对距离数据三维重构实现待测样品(5)的形貌测量。2.根据权利要求1所述的一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,运动导轨(6)固定在龙门结构的水平平台上,将一维导轨竖直固定在龙门的臂梁上,将色散系统(4)固定在一维导轨上,龙门结构放置在隔震平台上。3.根据权利要求1所述的一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,光纤耦合器(3)为的Y型耦合器,光源(2)至色散系统(4)方向为单向导通,反向抑制,色散系统(4)至光谱仪(1)方向为单向导通,反向抑制。4.根据权利要求1所述的一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,波长与色散系统(4)到待测样品(5)表面的距离对应的单色光经色散后由Y型耦合器的光纤末端小孔返回至光谱仪(4)。5.根据权利要求1所述的一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,所述色散系统(4)由分光棱镜和色散物镜组成,将复色光色散成连续分布的不同波长的单色光且沿光轴方向均匀排布;所述光谱仪(1)为灵敏度可调的光纤光谱仪;所述光源(2)为带尾纤输出宽光谱复色光源。6.一种非均质跃变表面形貌自动测量方法,采用权利要求1所述的一种非均质跃变表面形貌自动测量装置,其特征在于,包括如下步骤:步骤1、组装完成自动测量装置,调整色散系统(4)位置,使待测样品(5)位于色散系统(4)的量程范围内,在二维运动导轨运动过程中光谱仪(1)扫描待测样品(5)表面的反射光强,得到待测样品(5)表面反射的光强信息,扫描过程中导轨控制器(7)与微控制器(9)构建单向触发连接,实现二...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘丽佳,石振东,马骅,张霖,白金玺,马可,杨一,柴立群,任寰,
申请(专利权)人:中国工程物理研究院激光聚变研究中心,
类型:发明
国别省市:
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