專利名稱：表面微觀形貌超精激光測(cè)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為用于亞微米級(jí)超精加工表面微觀形貌測(cè)量的超精激光測(cè)頭。
在亞微米級(jí)超精加工領(lǐng)域中，被加工表面的粗糙度已經(jīng)達(dá)到Ra＝0.064～0.008μm(▽11～▽14)級(jí)以上，這樣的超精密、超光滑表面不適于接觸測(cè)量，因?yàn)榻佑|式輪廓儀觸針的微小壓力足以使該種表面遭到破壞，所以迫切需要研制出高精度的非接觸式表面微觀形貌測(cè)量?jī)x器。
目前用于表面微觀形貌測(cè)量的非接觸式測(cè)試儀器主要有三種類型(一)激光散斑測(cè)量?jī)x器；(二)電子掃描顯微鏡；(三)雙頻激光干涉儀。第一種儀器只能給出表面粗糙度的統(tǒng)計(jì)數(shù)值，無(wú)法確知表面的具體輪廓。第二種儀器在水平方向(X，Y向)有較高的分辨力，而對(duì)表面高度(Z向)的分辨能力不高。第三類儀器中現(xiàn)有報(bào)導(dǎo)的大小光點(diǎn)式雙頻激光干涉儀，光路較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)高精度有一定困難。
本實(shí)用新型的目的是為非接觸式表面微觀形貌測(cè)量?jī)x器提供一種實(shí)用的超精密激光測(cè)頭。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的采用雙頻激光干涉技術(shù)，利用一個(gè)渥拉斯頓棱鏡把光束中的兩個(gè)偏振方向的分量分開(kāi)，通過(guò)物鏡把兩路光分別投射到工件上，形成兩個(gè)互相分開(kāi)的探測(cè)光點(diǎn)，該兩光束反射后經(jīng)物鏡在渥拉斯頓棱鏡上合成并發(fā)生干涉，由光電元件把所形成的信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并通過(guò)電路和微機(jī)給出測(cè)量結(jié)果。信號(hào)的處理是通過(guò)測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)之間的相位比較實(shí)現(xiàn)的，測(cè)量分辨率達(dá)到δ＝ (λ／2)/360 ×0.1＝0.9 數(shù)量級(jí)，從而滿足了上述測(cè)量的精度要求。此外，本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)上把激光器和干涉光路集成為一體，干涉光路集中在干涉組件上，在該組件上還設(shè)置了一個(gè)截距調(diào)節(jié)裝置，可以按需要調(diào)節(jié)兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離，給測(cè)量帶來(lái)很大的方便，并使直角坐標(biāo)的測(cè)量掃描成為可能。
本實(shí)用新型的積極效果在于為非接觸式表面微觀形貌提供了一種超精密激光測(cè)頭，其分辨率比現(xiàn)有同類儀器的最高指標(biāo)(1 )提高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及附圖給出，如說(shuō)明書(shū)附圖所示

圖1主視圖；圖2俯視圖；圖3側(cè)視圖；圖4截距調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖。由雙頻激光器(1)發(fā)出的光束中包含有偏振方向互相垂直的兩個(gè)線偏振光分量，該光束由反射鏡(2)反射后，通過(guò)望遠(yuǎn)系統(tǒng)(3)準(zhǔn)直和擴(kuò)束，由反射鏡(4)反射，再由分光鏡(5)反射部分光束到光電接收器(10)而形成參考信號(hào)。透過(guò)分光鏡(5)的光束經(jīng)渥拉斯頓棱鏡(6)分為兩束，由物鏡(8)把它們分別會(huì)聚到工件表面上兩點(diǎn)，而成為探測(cè)光點(diǎn)。反射光再一次經(jīng)過(guò)物鏡(8)和棱鏡(6)會(huì)合，反射后由光電接收器(9)接收，而成為測(cè)量信號(hào)，通過(guò)測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的比相給出測(cè)量結(jié)果。在物鏡筒中設(shè)置了一個(gè)截距調(diào)節(jié)裝置(7)，它由不同斜度安裝的三塊玻璃平板組成可根據(jù)需要把相應(yīng)的部分轉(zhuǎn)入光路中，從而保證兩光點(diǎn)間距有四個(gè)不同的尺寸。測(cè)量中測(cè)頭不動(dòng)，由一個(gè)精密工作臺(tái)帶動(dòng)工件一起在測(cè)頭下運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)掃描測(cè)量。
整個(gè)激光測(cè)頭從結(jié)構(gòu)上可分為殼體、激光器組件、望遠(yuǎn)鏡組件、干涉組件和電路系統(tǒng)等五個(gè)部分。激光器組件(1)借助于兩個(gè)支架(12)固定在殼體(14)上。望遠(yuǎn)鏡組件由望遠(yuǎn)鏡筒(15)(圖3)和分光鏡筒(18)組成，兩個(gè)鏡筒通過(guò)一個(gè)連接件(19)成L形的固定在一起，望遠(yuǎn)系統(tǒng)(3)固定在望遠(yuǎn)鏡筒中，分光鏡(5)固定在分光鏡筒中。望遠(yuǎn)鏡組件從光路上看介于激光器和干涉組件之間，但與兩者并不直接固聯(lián)，而是通過(guò)兩個(gè)支架(16)(圖3)固定在殼體上。干涉組件主要由渥拉斯頓棱鏡(6)、物鏡(8)、光點(diǎn)截距調(diào)節(jié)裝置(7)及其殼體和固定件組成，該組件可通過(guò)花鍵接口擰到殼體(14)上并用螺釘固緊。組件中的件(6)(8)和(7)均固定在一個(gè)鏡筒中，該鏡筒可通過(guò)一個(gè)滾花螺帽(17)(圖3)作上下移動(dòng)，并通過(guò)一個(gè)銷(xiāo)釘定位和導(dǎo)向。光點(diǎn)截距調(diào)節(jié)裝置主要由一個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)(圖4)組成，三個(gè)不同傾角的平行平板玻璃固裝在環(huán)上，該調(diào)節(jié)環(huán)通過(guò)微型滾珠軸承固定在由(6)(7)(8)組成的干涉組件的鏡筒上，搬動(dòng)手柄可以轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)，使不同傾角的平行平板處于光路中，用以改變通過(guò)該平板的光束所形成的光點(diǎn)的位置，從而改變了兩個(gè)光點(diǎn)之間的截距。光路系統(tǒng)包括光電接收器(9)(10)、電路盒(11)和插座(13)等部分，它們分別通過(guò)支架或直接用螺釘固定在殼體(14)上。
權(quán)利要求1.一種用于表面微觀形貌測(cè)量的超精激光測(cè)頭，其特征在于由激光器(1)、反射鏡(2)(4)、望遠(yuǎn)系統(tǒng)(3)、分光鏡(5)、渥拉斯頓棱鏡(6)、截距調(diào)節(jié)裝置(7)、物鏡(8)和光電接收器(9)(10)等組成測(cè)量裝置；激光器通過(guò)支架固定在殼體(14)上；反射鏡、望遠(yuǎn)系統(tǒng)和分光鏡組成望遠(yuǎn)鏡組件，該組件也通過(guò)支架固定在殼體(14)上；渥拉斯頓棱鏡、截距調(diào)節(jié)裝置和物鏡等組成干涉組件，該組件通過(guò)花鍵孔用螺釘固定在殼體(14)上；
2.如權(quán)利要求1所述的激光測(cè)頭，其特征在于采用了一個(gè)截距調(diào)節(jié)裝置(7)，三個(gè)不同傾角的平行平板玻璃裝在一個(gè)調(diào)節(jié)環(huán)上，調(diào)節(jié)環(huán)安裝在物鏡(8)的下面，通過(guò)微型滾珠軸承固定在由(6)(7)(8)組成的干涉組件的鏡筒上。
專利摘要本實(shí)用新型為亞微米級(jí)超精加工表面的非接觸式微觀形貌測(cè)量提供了一種超高精度的激光測(cè)頭。它由激光器、反射鏡、望遠(yuǎn)系統(tǒng)、分光鏡、截距調(diào)節(jié)裝置和光電接收器組成，激光束通過(guò)渥拉斯頓棱鏡的分光，在工件表面上形成兩個(gè)探測(cè)光點(diǎn)，采用相位比較的信號(hào)處理系統(tǒng)，測(cè)量分辨率比現(xiàn)有最高水平提高10％。該測(cè)頭結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，容易提高測(cè)量精度。它適用于航空航天、精密工程及微電子技術(shù)領(lǐng)域中超精密表面的測(cè)量分析。
文檔編號(hào)G01B11/30GK2148311SQ9222516
公開(kāi)日1993年12月1日 申請(qǐng)日期1992年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月17日
發(fā)明者李鵬生, 強(qiáng)錫富, 于英滿, 張琢, 趙慧杰, 李華, 甘敦文 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)