偏振相移显微干涉超精表面形貌测量研究

论文摘要

表面形貌是影响产品零部件功能特性的重要特征。随着现代光学、光电子信息技术以及航空航天技术等的发展,表面形貌超精密测量与分析评价,面临广泛需求。本文提出了将偏振相移（Polarizied phase-shifting-PPS）技术与Michelson干涉显微镜相结合的偏振相移显微干涉测量方法,以满足超精密表面形貌测量,具有创新性和实用性。论文首先从工程实际应用出发,分析了现有测量方法的诸多不足,提出了将偏振相移技术（PPS）与Michelson干涉显微镜相结合的偏振相移显微干涉测量方法,建立了偏振相移的理论分析模型。其次,设计了结构简单、高精度的偏振移相单元以及稳定可靠的参考镜位姿调整机构,进而研制出了基于偏振相移显微干涉超精密表面形貌测量系统。第三,在VC++平台上设计开发了与系统配套的,集图像采集、数据处理、三维形貌显示以及部分表面轮廓参数评定为一体的测量软件。第四,对系统进行了实验比对测试,验证了该系统的重复测量精度优于0.5 nm, Ra测量误差低于5%。实验结果表明,研制的偏振相移显微干涉超精密表面形貌测量系统具有高精度,良好的稳定性,满足超精密表面形貌测量需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 超精密表面测量技术发展概况
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 全文各章节内容
• 2 系统总体方案设计及原理分析
• 2.1 测量系统总体结构及原理
• 2.2 偏振相移干涉原理
• 2.3 本章小结
• 3 系统硬件结构设计
• 3.1 系统机械结构设计
• 3.2 系统光学元器件的选择
• 3.3 本章小结
• 4 系统测量软件设计
• 4.1 软件总体结构设计
• 4.2 主控程序模块
• 4.3 移相控制模块
• 4.4 干涉图采样模块
• 4.5 数据处理模块
• 4.6 结果显示模块
• 4.7 本章小结
• 5 测量系统精度实验及误差分析
• 5.1 系统主要技术参数
• 5.2 系统精度测试实验
• 5.3 系统误差因素分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望及今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读学位期间发表科研成果目录