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光学干涉测量法检测超光滑表面三维形貌数据
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光学干涉测量法作为一种重要的非接触表面三维形貌测量手段,具有无损伤、高效率的特点,长期以来始终是国内外高精度测量领域的研究热点。便携式光学表面三维形貌在线检测仪就是基于光学干涉测量法设计的超光滑表面三维形貌检测仪器,以解决机械、微电子、光学等领域超精密加工元件的高精度在线快速批量检测问题,例如超大集成电路晶元、LED蓝宝石衬底等元件的生产检测,可应用在芯片、LED、微机械、微光学、航空航天用光学陀螺、强激光、天文望远镜等生产与科研领域。 由于通用的光学表面三维形貌检测仪体积较大,其光路系统和三维调整载物台是分开的,依靠悬臂结构将二者连接起来。这种结构可获得较大纵向测量范围,但仪器受振动和气流影响很大,稳定性不足,需要配以抗振平台或采用其他复杂的抗振措施,这就大大增加了仪器研发成本。加之采用传统的测量台结构设计,被测件置于仪器的干涉测量物镜和载物台之间,限制了被测件的横向尺寸,无法实现对大口径光学元件表面的检测。综合以上因素,此类仪器只能用于实验室检测,无法满足工业生产中在线测量的要求。 本作品采用光路、机械、电路和软件算法的一体化和集成化技术,提高了系统稳定性和抗干扰能力;采用背测式技术,打破了被测件尺寸限制;采用重叠平均移相干涉测量技术,保证了测试精度。本作品实用性强,适用范围广,具有打破国外技术垄断,实现技术创新的特点。 本作品主要研究内容及成果包括:使用短相干LED干涉成像技术,提高成像质量;依据干涉条纹对比度变化选定采样区间,减小了系统误差;优化了光机系统结构和电路控制,提高了系统的便携性和稳定性;使用背测式结构,载物台位于物镜和被测面之间,从而对被测面口径无尺寸限制;使用了重叠平均移相干涉测量技术,将干涉测量精度提高到亚纳米量级;开发了一套集PZT移相、CCD采集和面形计算分析于一体的软件,将检测时间压缩到10秒钟以内。

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