專利名稱：超精表面粗糙度非接觸式光干涉測量法的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及表面粗糙度的非接觸式測量，屬于測量方法領域。
目前常用的金屬材料表面粗糙度的測量方法有兩大類即接觸式測量(觸針式)和非接觸式測量(光切法、顯微干涉法等)。接觸式測量法對超精加工表面，小尺寸表面的測量較困難。無論是測量時間還是測量精度都還達不到要求，光切法(非接觸式測量)可彌補上述缺陷，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)的測量方法又做了表面統(tǒng)計規(guī)律是平穩(wěn)和正態(tài)分布的假設，所以分辨率和測量精度較低。
本發(fā)明的目的是提供一種分辨率和測量精度較高的非接觸式表面粗糙度測量法。
當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反射面時，分別在半透半反膜表面和待測件表面反射，形成兩束反射光。由于這兩束反射光的光程不同，會產(chǎn)生干涉，形成一系列干涉條紋，該干涉圖象上某一點的光強，與該點兩束干涉光的光程差存在一定的函數(shù)關系。
以上述原理為依據(jù)，本發(fā)明光干涉測量法可敘述為將被測件表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測系統(tǒng)，用光線通過半透半反膜射向被測件表面，該光線經(jīng)半透半反膜及被測件表面反射后，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算機中進行處理，求得干涉圖象中的最大光強Imex和最小光強Imin，及被測點的光強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-待測點實測光強，Imax，Imin分別是相鄰最亮干涉條紋光強和最暗條紋的光強，λ-單色光波長，n-空氣折射率，h-為待測點距半透半反膜間距離，c-為測定常數(shù)，它與被測件距半透半反膜間的平均距離等有關。令粗糙度δ＝h-c就可得所測粗糙度為δ＝ (λ)/(4πn) arccos(I) (1)說明附圖如下圖1為本發(fā)明光干涉測量法示意圖。
結(jié)合


實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)，當入射光(5)射到半透半反膜(4)上時，有一部分光線被反射，其光強為I1，其它光透過半透半反膜(4)及空氣劈尖(3)到達試件(2)的表面后反射，其光強為I2，這兩束光線由于有光程差，所以會產(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的干涉圖象，再通過圖象采集卡將圖象輸入到計算機中進行數(shù)據(jù)處理，即可求得干涉圖象中的Imin、Imax光強以及干涉圖象中待測點的光強I。這樣即可由式(1)求得干涉圖象中的各點的相對厚度，然后對這點的厚度按傾斜角修正。即可得試樣的表面粗糙曲線。然后計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不同的光強與光線的光程差對應的關系，也就是與表面粗糙度與空氣劈尖厚度的疊加值有對應的關系，所以可以精確測量表面粗糙度。其分辨率高，垂直分辨率可達納米級、水平分辨率可達微米量級。
權(quán)利要求
1.一種超精表面粗糙度非接角式光干涉測量方法，其特征是將被測表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測系統(tǒng)，用光線通過半透半反膜，射向被測表面，該光線經(jīng)半透半反膜及被測件表面反射后，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算機中進行處理，求得干涉圖象中的最大光強Imox和最小光強Imin及被測光的光強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量方法，屬測量方法領域。本方法是將被測表面與一半透半反膜形成一夾角，組成一被測系統(tǒng)，用光線射向被測系統(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算機中進行處理，求得干涉圖象中的最大光強Imax和最小光強Imin及被測光強I，即可求得粗糙度。
文檔編號G01B11/30GK1105121SQ94107350
公開日1995年7月12日 申請日期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, 溫詩鑄 申請人:清華大學