第三节_表面粗糙度测量新技术.ppt

§4-3  表面粗糙度测量新技术 一．光学探针法 有许多被测件的表面，如光盘、半导体工艺、化学样品等是不允许触针划伤的；另外有一些质地较软的表面，也不可用触针式电动轮廓仪测量。因此，非接触式表面轮廓探测技术受到重视，并得到发展。 所谓光学探针就是采用透镜聚焦的微小光点取代金钢石针尖，表面轮廓高度的变化通过检测焦点误差来实现。 目前采用的有： 激光三角法探针、 光学临界角法探针 光学触针法等 4．反射法 　其原理见图4-17。探测器１探测到的光强I1与被测表面的反射率有关，而探测器２探测到的光强I2与被测表面位置相关。 二、激光全息法 激光全息法的基本原理是以激光照射被测表面，利用相干辐射，拍摄被测表面的全息照片—一组表面轮廓的干涉图形，然后用硅光电池测量黑白条纹的强度分布，测出黑白条纹的反差比，从而评定被测表面的粗糙程度。 当激光波长?=6328οA 时，其测量范围是0.05～0.8?m。 如图4-19所示，只要测出全息照片上干涉条纹的反差比R便可知道被测表面的粗糙程度。 四、激光散斑干涉法 １．工作原理：这种测量方法的工作原理如图4-21所示。 被测表面S由激光器发出的相干平面光波照射，入射角为?，为在无限远处记录由表面散射的斑点，把底片P放在一个无象差的傅立叶变换透镜L的焦平面上进行曝光照象。改变光线投射方向??角度，再将底片P进行第二次曝光。将两次曝光后的底片P置于图4-21b所示的光路中，在透镜L的焦平面上可观察到两次曝光记录在底片上的散斑干涉条纹。条纹的对比度v与被测表面轮廓的均方根值?有如下关系： v=exp [-(2πσsinθΔθ/λ)2] 由于?和??角已知，因此由狭缝和光电探测器能测量出条纹的对比度v，即可得出?值。该方法适宜? ?（光波长）的工作表面，一般测量范围为1～30?m。 * * 主要内容： 1、光学触针法 2、激光法： 激光全息法 激光光斑法 激光散斑法 3．外差干涉式轮廓测量 （a）三角法探针原理图 1．激光三角法探针 　　探测器Ｄ是位置敏感探测器（PSD）或电荷耦合器件（CCD），他的输出电压与光斑在探测器上的位置成比例。　 （b）三角法粗糙度探头光学原理图 （c） 　　图（b）为采用三角法探针原理的粗糙度探头。位置探测器的输出电流随光点位置的不同而连续变化。 　　这种系统不仅能测量表面突起，还能测量表面的倾斜（一维）。传感器可达1um的测量精度；测量范围可达毫米量级。 2．临界角法探针： 是根据光的全反射原理做成的探针。 探头垂直方向的分辨率1nm，该类型的传感器可用于工艺过程监测、机床上的在线测量。 临界角法探针实际系统图 ３．像散法探针 4、共焦扫描探法： 5、基于光纤的光学针扫描法 三、激光光斑法： 如图所示，由激光照射所得的图谱，随工件表面的光洁度的增高，其反射光斑的光强也愈强，而散射光带的光强则愈弱。对于不同的工件表面，其反射特性虽有区别，但同一散射角内的总能量不变。 评定方法有以下两种： 一为图谱识别法：可用与其相同形状的标准样板所得的图谱进行比较的方法，以确定其级别。 另一为数字显示法：设光斑电压为Vp，光带电压为VB，其比值?= V p/ VB，于是表面愈光洁，则?值随之增高，粗糙度等级与?值之间有一定的对应关系。 数字散斑干涉技术在测量位移、应变、振动及表面形貌方面具有重要意义。下图为双波长数字散斑干涉技术三维轮廓测量装置的光路结构。 ２．数字散斑轮廓测量 *