计量型微位移精密工作台的研制

三维表面形貌的测量与评定代表了表面计量学的一个主要发展方向。现在,显微干涉法已经成为用于定量测量二维轮廓和三维表面形貌的主要技术之一,与其它测量技术相比,显微干涉测量仪具有测量精度高和表面信息直观等优点,而且一次就可测定某一区域的表面形貌。 扫描白光干涉法是显微干涉法中相对比较新的三维表面形貌测量方法,它可以测量不连续的表面,解决了长期以来困扰人们的单色光相移干涉法中两个相邻测量点的微观高度不连续性不能超过λ/2 这一难题,大大拓宽了测量范围。 国内在这方面的研究尚处于起步阶段,还未形成成熟的产品。作为关键技术之一,本文所研制的计量型微位移精密工作台,将为研制垂直扫描白光干涉三维形貌测量仪奠定技术基础。 本文的主要研究内容和工作如下: 提出了垂直扫描白光干涉三维形貌测量仪的设计方案,设计了计量型微位移精密工作台的结构,对白光干涉特性、仪器的测量和工作原理、以及关键技术进行了分析。 以光栅干涉原理为基础,设计了工作台的光学系统,对计量原理做了细致的理论推导,并从光栅的制造和光栅的位置变化两方面对光栅引起的测量误差进行了分析。 针对工作台的特点设计了光电转换与前置放大电路,辨向与细分电路,以及压电陶瓷驱动电路。同时研究了光电接收的理论分析方法,对新型的光电管阵列放置方法作了理论证明。对光电转换中获得的非正交信号,具体说明了修正方法。 将虚拟仪器技术引入到本工作台中,设计了用户程序。利用工作台的功能,对三维形貌测量仪进行了的测量实验,取得了初步的成功。工作台粗定位行程为1mm,精确定位行程为16μm,垂直分辨率为1nm。