超精细表面微观形貌无接触在线检测仪的研制

摘要

在本文中,作者首先介绍了超精密加工表面微观形貌检测技术的发展,着重分析了目前比较典型的几种表面微观形貌检测方法,指出了它们各自的应用范围和优缺点.在理论研究的基础上,完成了超精密加工表面微观形貌无接触在线检测系统的研制,它主要用于在金刚石车床上测量超精细加工表面的微观形貌及粗糙度,预定测量对象为KDP晶体或非球面透镜.文章还阐述了该测量系统中稳频装置的原理,对其电路进行了详细的分析,在相位测量中引入了AD8302芯片,提高了相位测量精度,简化了系统结构.最后,分析了该测量系统的垂直分辨力和横向分辨力,比较了该系统与美国ZYGO轮廓仪、Taly-6轮廓仪对同一试件的测试结果,证明了研制成功的在线检测仪能够在超精密加工机床上实现纳米级无接触在线检测.本项目研制的超精细表面微观形貌在线测量系统是以He-Ne激光器双纵模激光为光源的,其工作频率(拍频频率)为728.8MHz.它基于差动干涉原理,且其测量臂和参考臂同轴,这样就使得在垂直方向上的微小位移不会引起光程差,故由测量仪器的振动或空气扰动带来的问题都不会直接影响测量结果.该系统具有杰出的抗振动干扰能力和低噪声性能,当振动干扰达300nm时,仍可进行亚纳米分辨率的测试,摆放于金刚石车床的刀架上作在线检测时,其垂直分辨率优于0.2nm,横向分辨率优于1.5μm.该在线测量系统根据表面微观形貌对光信号的调制原理,采用了计算机技术进行控制、数据采集与处理,从而实现对表面粗糙度各常用参数的测量,并可以绘出被测表面的轮廓图形.它能够解决要求无损伤、无污染的测量超精细加工表面的问题,且其操作直观简便,测量精度高,重复性好,易加工,不需要特殊的测量环境,具有良好的通用性和性价比.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1超精密加工的发展

1.2超精细表面微观形貌的检测

1.3表面微观形貌检测技术的发展趋势

1.4本课题的背景、来源及目的

2在线检测系统的理论研究

2.1激光的纵模和横模

2.2高斯光束

2.3光在晶体中的传播

2.4表面微观形貌在线检测系统的原理

3稳频系统的设计

3.1稳频的必要性

3.2频率的稳定度及复现性

3.3影响频率稳定的因素

3.4稳频方法概述

3.5双纵模热稳频法

4相位测量系统

4.1相位的基本概念

4.2相位测量的几种主要方法

4.3 AD8302对相位的测量

4.4延迟线移相系统

5精度分析

6实验结果及分析

6.1实物图

6.2系统分辨力测试

6.3重复测量实验

6.4对比测试

7结论

8参考资料

9硕士期间作者科研成果简介

10论文成果申明

致谢