白光干涉儀儀器介紹

表面三維微觀形貌測量意義

在生產(chǎn)中，表面三維微觀形貌對工程零件的許多技術(shù)性能的評價(jià)具有最直接的影響，而且表面三維評定參數(shù)由于能更全面、更真實(shí)地反映零件表面的特征及衡量表面的質(zhì)量而越來越受到重視，因此表面三維微觀形貌的測量就越顯重要。通過對三維形貌的測量可以比較全面地評定表面質(zhì)量的優(yōu)劣，進(jìn)而確認(rèn)加工方法的好壞及設(shè)計(jì)要求的合理性，這樣就可以反過來通過指導(dǎo)加工、優(yōu)化加工工藝以加工出高質(zhì)量的表面，確保零件使用功能的實(shí)現(xiàn)。

表面三維微觀形貌的測量方法非常豐富，通?？煞譃榻佑|式和非接觸式兩種，其中以非接觸式測量方法為主。下面介紹其中一種近年來國際上研究比較多的、發(fā)展也相對比較成熟的技術(shù)：掃描白光干涉法測量表面三維微觀形貌技術(shù)。

白光干涉掃描原理

在利用白光干涉測量表面三維形貌的過程中，對于被測表面上某一點(diǎn)來說，為了定位其零光程差位置，必須采用某種掃描方式改變參考鏡或者被測表面的位置，以此來獲得該點(diǎn)光強(qiáng)變化的離散數(shù)據(jù)，然后依據(jù)白光干涉的典型特征來判別并提取最佳干涉位置。因此稱這種方法為掃描白光干涉測量法。

圖1(a)所示為白光干涉儀架構(gòu)圖，圖1(b)所示為儀器測量原理圖，光學(xué)系統(tǒng)可采用基本的Michelson式干涉儀結(jié)構(gòu)，只是在參考鏡后安裝有微驅(qū)動裝置．而被測表面代替了另一個(gè)反射鏡。測量時(shí)通過計(jì)算機(jī)控制徽驅(qū)動裝置的進(jìn)給帶動參考鏡的進(jìn)給，這樣被測樣本表面的不同高度平面就會逐漸進(jìn)入干涉區(qū)，如果在充足的掃描范圍內(nèi)進(jìn)給，被測樣本表面的整個(gè)高度范圍都可以通過最佳干涉位置。將每步的干涉圖樣由圖像傳感器(CCD攝像頭)采集，視頻信號通過圖像采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存儲于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，利用與被測面對應(yīng)的各像素點(diǎn)相關(guān)的干涉數(shù)據(jù)，基于白光干涉的典型特征，通過采用某種最佳干涉位置識別算法對干涉圖樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取出特征點(diǎn)位置（最佳干涉位置J，進(jìn)而就很容易得到各像素點(diǎn)的相對高度，這樣便實(shí)現(xiàn)了對三維形貌的測量。

1(a)

1(b)

由于傳統(tǒng)干涉法存在的局限性，使得當(dāng)表面微觀高度不連續(xù)性超過1/4窄帶光源波長時(shí)，由于條紋的周期性使得不易精確分辨，從而無法進(jìn)行微觀高度超過十幾微米的大范圍測量。而掃描白光干涉測量法克服了傳統(tǒng)窄帶光相移干涉測量中的測量范圍小的不足：一方面由于零級條紋的特征相對其它級別條紋來說區(qū)別比較明顯，因此易于辨別和定位I另一方面．由于零光程差附近光強(qiáng)呈非周期性，因此它有效地消除了相模糊誤差，減少了對測量范圍的限制。中圖儀器公司的三維輪廓儀產(chǎn)品垂直測量范圍都可達(dá)10mm。

掃描白光干涉法三維輪廓儀采用微驅(qū)動裝置驅(qū)動參考鏡的激進(jìn)給。由于一般微進(jìn)給的步距精度都比較高，因此可以保證該方法能夠達(dá)到較高的測量精度。

白光干涉表面三維輪廓儀典型應(yīng)用

對各種產(chǎn)品、部件和材料表面的平面度、粗糙度、波紋度、面形輪廓、表面缺陷、磨損情況、腐蝕情況、孔隙間隙、臺階高度、彎曲變形情況、加工情況等表面形貌特征進(jìn)行測量和分析。

白光干涉表面三維輪廓儀主要技術(shù)指標(biāo)：