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白光显微干涉表面形貌三维测量系统的研究

作　者: 李娟
导　师: 刘晓军
学　校: 华中科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 白光显微干涉垂直扫描位移计量表面形貌测量形貌恢复算法
分类号: TG84
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 45次
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内容摘要

随着科学研究和先进制造技术的发展，满足各种不同功能需求的多样化表面不断出现，从统计性形貌特征表面发展到结构性表面，从简单几何表面发展到自由曲面，从微米精度发展到纳米精度要求。这些发展对表面形貌测量技术提出了越来越高的新的要求。本文采用白光干涉技术和相移技术相结合的测量方法，研制出一套白光显微干涉表面形貌三维测量系统，适用于台阶、沟槽等结构性表面三维形貌的测量。本文采用白光干涉技术和相移技术相结合的测量方法，研制出一套白光显微干涉表面形貌三维测量系统。此系统采用LED白光作为光源，避免了因卤钨灯等光源发热而影响系统精度；并在系统中采用了光栅位移计量装置，对系统垂直扫描进行即时位移计量，提高系统测量精度。在位移计量装置基础上，提出了基于PZT局部区域线性特征的改进性采样策略。实验结果表明，新的采样策略在保证测量精度的同时，能大幅提高测量效率。同时，基于VC++平台，设计开发了与白光垂直扫描测量系统配套的测量软件。分析了用于三维形貌恢复的四种算法：极值法、重心法、空间频域法和移相法，并对四种算法优劣及其实用性进行了比较，最终选用极值法作为表面形貌恢复算法。最后，对建构的测量系统进行了实验测试，结果表明，系统水平测量范围880μm×700μm，垂直测量范围36μm，水平分辨率0.68μm，垂直分辨率2nm，表面三维形貌重复性测量误差小于和示值误差均小于5％。主要技术指标达到预期要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题的目的和意义  9-10
  1.3 表面三维形貌测量的发展概况  10-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-15
2 系统原理及结构设计  15-32
  2.1 系统原理  15-17
  2.2 系统设计  17-18
  2.3 系统机械结构设计  18-28
  2.4 系统光路设计  28-31
  2.5 本章小结  31-32
3 位移计量系统与 PZT 局部线性采样策略  32-41
  3.1 光栅位移计量  32-36
  3.2 PZT 局部线性采样策略  36-40
  3.3 本章小结  40-41
4 三维形貌恢复算法与系统测量软件  41-51
  4.1 三维形貌恢复算法  41-45
  4.2 软件设计  45-50
  4.3 本章小结  50-51
5 实验测试  51-68
  5.1 系统主要性能参数  51-55
  5.2 系统精度  55-62
  5.3 测量实例  62-67
  5.4 本章小结  67-68
6 总结与展望  68-70
  6.1 全文总结  68-69
  6.2 展望及今后的工作建议  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
附录Ⅰ 攻读硕士期间发表的论文  74

白光显微干涉表面形貌三维测量系统的研究

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