專利名稱：超精表面粗糙度非接觸式光干涉測(cè)量法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及表面粗糙度的非接觸式測(cè)量，屬于測(cè)量方法領(lǐng)域。
目前常用的金屬材料表面粗糙度的測(cè)量方法有兩大類即接觸式測(cè)量(觸針式)和非接觸式測(cè)量(光切法、顯微干涉法等)。接觸式測(cè)量法對(duì)超精加工表面，小尺寸表面的測(cè)量較困難。無(wú)論是測(cè)量時(shí)間還是測(cè)量精度都還達(dá)不到要求，光切法(非接觸式測(cè)量)可彌補(bǔ)上述缺陷，但難以給出便于數(shù)據(jù)處理的信息形式，而基于光散射技術(shù)的測(cè)量方法又做了表面統(tǒng)計(jì)規(guī)律是平穩(wěn)和正態(tài)分布的假設(shè)，所以分辨率和測(cè)量精度較低。
本發(fā)明的目的是提供一種分辨率和測(cè)量精度較高的非接觸式表面粗糙度測(cè)量法。
當(dāng)一束入射光通過一半透半反膜射向與半透半反膜形成一夾角的待測(cè)反射面時(shí)，分別在半透半反膜表面和待測(cè)件表面反射，形成兩束反射光。由于這兩束反射光的光程不同，會(huì)產(chǎn)生干涉，形成一系列干涉條紋，該干涉圖象上某一點(diǎn)的光強(qiáng)，與該點(diǎn)兩束干涉光的光程差存在一定的函數(shù)關(guān)系。
以上述原理為依據(jù)，本發(fā)明光干涉測(cè)量法可敘述為將被測(cè)件表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測(cè)系統(tǒng)，用光線通過半透半反膜射向被測(cè)件表面，該光線經(jīng)半透半反膜及被測(cè)件表面反射后，形成相干光，通過聚光系統(tǒng)成象，即可得一干涉圖象，再用單色儀將所得干涉圖象處理成單頻圖象，然后通過攝象頭攝取，即可在顯示器上顯示出單頻干涉圖象，再通過圖象采集卡將圖象輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，求得干涉圖象中的最大光強(qiáng)Imex和最小光強(qiáng)Imin，及被測(cè)點(diǎn)的光強(qiáng)Ⅰ，按下式即可求得表面粗糙度。
h＝ (λ)/(4πn) arccos(I)+C其中I＝ (2I-(Imax+Imin))/(Imax-Imin)
I-待測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)光強(qiáng)，Imax，Imin分別是相鄰最亮干涉條紋光強(qiáng)和最暗條紋的光強(qiáng)，λ-單色光波長(zhǎng)，n-空氣折射率，h-為待測(cè)點(diǎn)距半透半反膜間距離，c-為測(cè)定常數(shù)，它與被測(cè)件距半透半反膜間的平均距離等有關(guān)。令粗糙度δ＝h-c就可得所測(cè)粗糙度為δ＝ (λ)/(4πn) arccos(I) (1)說明附圖如下圖1為本發(fā)明光干涉測(cè)量法示意圖。
結(jié)合


實(shí)施例如下將一鍍有半透半反膜的玻璃板(1)放在一試件(2)上，在試件(2)與玻璃板(1)之間形成夾角為θ的空氣劈尖(3)，當(dāng)入射光(5)射到半透半反膜(4)上時(shí)，有一部分光線被反射，其光強(qiáng)為I1，其它光透過半透半反膜(4)及空氣劈尖(3)到達(dá)試件(2)的表面后反射，其光強(qiáng)為I2，這兩束光線由于有光程差，所以會(huì)產(chǎn)生干涉。該兩束干涉光在顯微鏡的目鏡上成象，再經(jīng)過單色儀把入射的光濾成單色光，然后通過攝象頭攝取，即可在顯示器上顯示出單色波長(zhǎng)的干涉圖象，再通過圖象采集卡將圖象輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即可求得干涉圖象中的Imin、Imax光強(qiáng)以及干涉圖象中待測(cè)點(diǎn)的光強(qiáng)I。這樣即可由式(1)求得干涉圖象中的各點(diǎn)的相對(duì)厚度，然后對(duì)這點(diǎn)的厚度按傾斜角修正。即可得試樣的表面粗糙曲線。然后計(jì)算得到各粗糙度參數(shù)。
本發(fā)明由于利用了單色光的干涉圖象中各點(diǎn)不同的光強(qiáng)與光線的光程差對(duì)應(yīng)的關(guān)系，也就是與表面粗糙度與空氣劈尖厚度的疊加值有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以可以精確測(cè)量表面粗糙度。其分辨率高，垂直分辨率可達(dá)納米級(jí)、水平分辨率可達(dá)微米量級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種超精表面粗糙度非接角式光干涉測(cè)量方法，其特征是將被測(cè)表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測(cè)系統(tǒng)，用光線通過半透半反膜，射向被測(cè)表面，該光線經(jīng)半透半反膜及被測(cè)件表面反射后，形成相干光，通過聚光系統(tǒng)成象，即可得一干涉圖象，再用單色儀將所得干涉圖象處理成單頻圖象，然后通過攝象頭攝取，即可在顯示器上顯示出單頻干涉圖象，再通過圖象采集卡將圖象輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，求得干涉圖象中的最大光強(qiáng)Imox和最小光強(qiáng)Imin及被測(cè)光的光強(qiáng)I，按式(1)求得粗糙度。
全文摘要
一種超精表面粗糙度非接觸式光干涉測(cè)量方法，屬測(cè)量方法領(lǐng)域。本方法是將被測(cè)表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測(cè)系統(tǒng)，用光線射向被測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)反射后形成一干涉圖象，用攝象頭攝取并在顯示器上顯示，再通過圖象采集卡將圖象輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，求得干涉圖象中的最大光強(qiáng)Imax和最小光強(qiáng)Imin及被測(cè)光強(qiáng)I，即可求得粗糙度。
文檔編號(hào)G01B11/30GK1105121SQ94107350
公開日1995年7月12日 申請(qǐng)日期1994年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月8日
發(fā)明者黃平, 孟永鋼, 汪仁友, 雒建斌, 溫詩(shī)鑄 申請(qǐng)人:清華大學(xué)