二维粗糙度测量系统设计+CAD图纸(4)
外差干涉法是近年发展的一种高精度光学测量方法。该法根据两种不同的光学特征,在同一时间检查表面。一般是基于偏振干涉原理,产生两种不同频率的光,或在不同的位置偏振聚焦,要么横向的,要么轴向的。从试件表面的不同部位反射回来,发生干涉。这种方法不需要参考面,由于采用了共光路,所以测量光程差时,对表面垂直方向的振动不敏感。
来自激光器的激光束中,包含两种偏振方向交、频率不同的偏振光,经过渥拉斯特棱镜分成两路,经物镜后在试件表面形成两个相隔0.157 mm、直径为1.8Lm的光斑。由这两点反射回来的光束再经过物镜、渥拉斯特棱镜后相遇形成干涉[17]。干涉条纹的亮暗反映这两个相隔0.157 mm点高度差。被测件安装在转台上,通过转轴的光束作参考光束。仪器的垂直分辨力为0. 01 nm。
2.1.3 光切法
光切法是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法，它将一束平行光带以一定角度投射与被测表面上光带与表面轮廓相交的曲线影像，即反映了被测表面的微观几何形状，解决了工件表面微小峰谷深度的测量问题，避免了与被测表面的接触。由于它采用了光切原理，所以可测表面的轮廓峰谷的最大和最小高度要受物镜的景深和鉴别率的限制。峰谷高度超出一定的范围，就不能在目镜视场中成清晰的真实图像而导致无法测量或者测量误差很大[17]。
2.1.4 散斑法
激光散班图一般反映了被激光照射表面的微观结构情况，但要从中直接得出表面参数的信息是非常困难的，特别在用单色光照明粗糙表面时，由于非常粗糙表面所形成的散斑并不完全由粗糙度决定。因此用散斑测量表面粗糙度时，只在一定的范围内合适。在某些情况下，由于表面过于光滑而无法用电子散斑干涉仪进行测量，而有时也有可能由于表面过于粗糙而无法测量，故此时可用银灰色的喷漆作为辅助手段，其形状差条纹的灵敏度可高达[17]。
2.1.5 像散测定法
检测光束直径的变化量来判断成像的位置。由于X、Y轴方向上成像位置的不同，光束成椭圆状，故光点远离物镜时，则为长轴在Y轴上的椭圆;相反靠近物镜时，则为长轴在X轴上的椭圆，用象限光电探测器（四等分光电二极管)作传感器，光束经光电转换后再放大和计算，可获得与被测表面微小变位量相对应的输出信号，这种方法分辨力可达到纳米级别，但测量范围较小[18]。
图2.1 像散
2.1.6 AFM
当将一个对微弱力极其敏感的微悬臂一端固定，另一端带有一微小探针（约10nm)接近被测试样至纳米级距离范围时，在这个微小间隙内由于针尖尖端原子与样品表面原子间产生极微弱的原子排斥力。由驱动控制系统控制X~ Y~ Z三文压电陶瓷微位移工作台带动其上的被测样品逼近探针并使探针相对扫描被测样品。利用微悬臂弯曲检测系统可测得微悬臂对应于各扫描点位置的弯曲变化，从而可以获得样品表面形貌的三文信息，其高度方向和水平方向的分辨力可分别达到0.1nm和1nm[12]。
2.1.7 散射光角分布法
该法是利用散射光的光强及其分布来测量表面粗糙度参数。当一束激光投射到试件表面上后,其镜面方向的反射光和散射光分布一个半球面内,半球面内各点的光强不同。当表面非常光滑时,光强主要分布在镜面方向。表面越粗糙,镜面方向的反射光强越弱,其它点的散射光就越强。当用光探测器接收这些光强和分布后,经过光谱分析或者经过光的反散射计算,就可以得到被测表面的粗糙度。
2.1.8 X射线漫散射法
其对高精度表面面积进行实时扫描测量。其理论模型基本完善,测量是非接触的,不依赖详细的光学常数。能够给出0. 05 mm～5 nm之间的粗糙度参数、亚纳米到数十微米之间的相关长度和2～2. 95之间的分形文数信息。