基于白光干涉的空间频域算法研究

为了精确定位白光干涉条纹的零光程差位置,采用空间频域算法通过傅里叶变换提取白光干涉信号中心波长的相位信息并结合包络中心算法去除相位模糊从而实现零光程定位.实例测量了具有相位突变的计算全息元件的表面轮廓,其平均刻蚀深度为1.63 μm.测量表面形貌连续分布的微透镜阵列,0.32 mm×0.32 mm视场内表面PV为370...     

芯片表面形貌检测方法及系统研制

传统检测方法由于测量范围小、测量时间长,不能满足在线、在机和大幅面的检测需求,本文提出了一种白光扫描干涉和原子力显微测量相结合的芯片表面形貌测量方法。在分析了白光扫描干涉测量技术和原子力显微测量技术特点的基础上,构建了两种方法互补的测量方案：首先采用白光扫描干涉测量技术对芯片进行大范围快速扫描,再通过原子力显微测量技术对关键区域进行精细扫描检测。基于此进行了测量系统的硬件设计与集成,测试结果表明,该系统能够在毫米级检测范围内实现纳米级表面形貌的精确测量。     

基于白光相移干涉术的微结构几何尺寸表征

将Carré等步长相移法与白光垂直扫描相结合形成了一种白光等步长相移算法,该方法快速、准确、非接触,垂直分辨力可达亚纳米级.测量系统集成了Mirau显微干涉物镜,并通过高精度压电陶瓷纳米定位器带动物镜进行垂直扫描.分析了Carré法应用于白光干涉信号的相位提取的精度,对不同扫描步距以及不同信噪比情况下的测量进行了计算机仿真,确定了测量参数.结合重心法将相位计算的数据范围直接定位于干涉信号的零级条纹,从而省去了相位解包裹过程.通过对微谐振器和标准台阶的测量说明了该方法的有效性,并使用白光相移干涉、白光垂直扫描和单色光相移干涉对44 nm标准台阶进行了测量,并对测量结果进行了比较.     

非混粉电火花镜面加工及表面质量检测

采用解析法和有限元分析方法,分析了各因素对电火花加工表面质量的影响,提出了一种在电火花放电加工过程中逐级改变加工电规准,并依次加大电极的摇动量进行镜面加工的方法.提出应用白光干涉方法测量镜面加工工件表面质量的微观形貌,具有非接触、高精度等特点,垂直分辨力达到纳米级.实验表明在非混粉加工液中,不更换电极且被加工工件为45#钢的情况下,利用白光干涉测量法检测出电火花镜面加工的工件表面粗糙度Ra为0.02μm,满足电火花镜面加工精度的要求.     

基于白光透射反射干涉的形貌重构方法验证

利用扫描白光干涉的测量方法,通过透射反射干涉的方式,对覆盖不同层数透明薄膜GaAs台阶结构进行透射测试,实现了对覆盖透明薄膜的GaAs台阶结构三维形貌还原方法的验证.该测量方法是在Pizeo的驱动下,通过改变测量臂和参考臂之间的光程差,使其不同高度的表面到达零光程差位置,并由CCD记录整个扫描过程中干涉条纹的变化状况,进而提取被测件的三维形貌信息.该测试技术具有非接触、无破损、高灵敏度和快速测量的特点.可为膜后形貌的三维重构提供借鉴方法.     

白光相移干涉中频谱对测量精度的影响

在相移干涉中有时采用白光干涉来扩大深度测量范围,白光光源的使用,缩短了光束的相干长度,降低了测量精度。本文从干涉理论出发推导了白光相移干涉法测量三维表面形貌的计算公式,通过数值积分的方法分析了干涉光频谱对测量精度的影响。分析表明,在白光相移干涉测量中表面形貌的测量精度与中心波长和频谱宽度有关,白光频谱越宽,测量精度越低,中心波长越大,测量精度越高。     

符合平面度误差国标的等厚干涉条纹判读法

本文试图根据劈尖干涉原理给出五种符合GB1958—80的等厚干涉条纹判读方法。应该说明的是,图中干涉花样边缘只给出半条黑色或白色条纹,其序号为条纹级别。1.条纹呈平直状、间距相等并只有一条“零级条纹”且“零级条纹”位于干涉花样极端位置,如图1。或者干涉花样呈一片均匀色,则判读零条。即被测表面为理想表面。     

表面微观形貌的非接触测量

本文介绍了光学显微轮廓仪中干涉图象的数据采集、条纹扫描实时处理系统,在APPLE—Ⅱ微机控制下进行表面轮廓各种粗糙度参数的计算,实现了对薄膜元件、磁带等表面微观形貌的非接触式测量。     

基于Linnik型白光显微干涉光谱测量方法

针对在复杂测量环境下实现薄膜类样品的高精度测量需求,基于白光干涉光谱测量理论,搭建了Linnik型白光显微干涉光谱测量系统,该系统具有较长的工作距离.系统采用5步相移算法实现相位信息的精确提取,通过对绝对距离以及标准薄膜样品的测试,验证了方法的可行性,并在此基础上利用系统实现了对微结构表面形貌和不同材料薄膜厚度的纳米级精度测量.     

一种可溯源原子力探针显微镜

研制了一种基于白光干涉的可溯源原子力探针扫描显微镜,提出了一种稳健的白光干涉零级条纹定位算法,建立了一套高分辨激光干涉位移测量系统。在此基础上提出了一种探针标定方法,实现微纳表面可溯源测量。通过对台阶高度为(21.4±1.5)nm的标准光栅进行10次重复测量,其结果的平均值为21.56 nm,标准差为0.51 nm;同时对高度为150 nm的三维特征样件进行了三维测量,验证了所研制仪器测量的准确性和稳定性。     

全视场外差白光干涉测量技术

为了解决传统白光干涉测量技术中对线性位移机构的位移精度要求过高的问题,本文提出了一种全视场外差白光干涉测量技术。该技术主要通过使用存在差频的白光干涉信号作为光源来实现在大扫描步长和低扫描精度条件下相干峰位置的高精度检测。本文首先建立了白光外差干涉的数学模型,再根据数学模型提供的光强信号特性提出了整体系统设计方案,然后对测量方案的可行性进行了实验验证。最后针对多种误差对算法计算精度的影响进行了理论分析和数据对比。误差分析的结果表明:白光外差干涉测量技术提供更高的测量精度和更好的抗干扰性能,有效地降低了传统白光干涉测量对线性位移机构精度的严苛依赖,为光学自由曲面检测技术提供了更多的可选解决方案。     

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头

为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求,研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件,利用差动光斑尺寸变化探测原理,建立了微位移测量系统,结合光学显微成像系统,形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机,对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量,具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点,对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。     

Surface integrity of Mg-based nanocomposite produced by Abrasive Water Jet Machining (AWJM)

This paper investigates the influence of jet traverse speed on the surface integrity of 0.66?wt% Al₂O₃ nanoparticle reinforced metal matrix composite (MMC) generated by Abrasive Water Jet Machining (AWJM). Surface morphology, surface topography, and surface roughness (SR) of the AWJ surface were analyzed. The machined surfaces of the nanocomposites were examined by laser confocal microscope and field emission scanning electron microscope (FESEM). Microhardness and elasticity modulus measurement by nanoindentation testing were also performed across thickness of the samples to see depth of the zone, affected by AWJ cutting. The result reveals that extent of grooving by abrasive particle and irregularity in AWJ machined surface increases as the traverse speed increased. Similarly, the rise in value of surface roughness parameters with traverse speed was also seen. In addition, nanoindentation testing represents the lower hardness and elastic modulus due to softening occurs in AWJ surface.     

一种测量表面膜层厚度的新方法

在近年来迅速发展的微细加工技术中,表面膜层厚度的测量是十分重要的问题。本文提出一种新方法,它利用迈克耳逊干涉光路,通过对膜层前后两表面反射光束和来自另一臂的反射光束产生的两组白光干涉纹黑线间隔的测量,即可得到表面膜层的厚度、这种测量方法迅速、简便、设备简单、精确度高、不损伤膜层表面,适合在实验室和工厂广泛应用。     

Online monitoring of a belt grinding process by using a light scattering method

Industrially ground surfaces often have a characteristic surface topography known as chatter marks. The surface finishing is mainly monitored by optical measurement techniques. In this work, the monitoring of an industrial belt grinding process with a light scattering sensor is presented. Although this technique is primarily applied for parametric surface roughness analysis, here it is shown that it enables also the measurement of the surface topography, i.e., the chatter marks occurring during the belt grinding process. In particular, it is proven that the light scattering method is appropriate to measure online the topography of chatter marks. Furthermore, the frequency analysis of the data reveals that the wavelength of chatter marks strongly depends on process parameters, such as the grinding speed.