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《华中科技大学》 2007年
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基于垂直扫描工作台的白光干涉表面形貌测量系统研究

戴蓉  
【摘要】: 扫描白光干涉显微测量技术是近年来发展起来的一种表面微观形貌测量技术,它具有非接触、大量程、高精度、高效率的特点。本文基于扫描白光显微干涉测量原理,利用研制的光栅计量型扫描定位工作台,通过对国产6JA显微仪光学系统的改造,实现了在计算机控制下的工作台垂直扫描、光栅计量定位、CCD采集干涉图像、计算机自动完成形貌计算和评定的扫描白光干涉微观形貌测量系统。仪器的主要技术指标为:垂直测量范围:0~60μm;垂直分辨率:2nm;显微镜数值孔径:0.65;横向测量范围:φ0.25 mm;横向分辨率:0.52μm;形貌重复测量误差小于±5%。 本文的核心内容包括两部分:第一部分是垂直扫描定位工作台的研制,第二部分是扫描白光干涉理论及形貌提取算法的研究。论文的主要改进及创新如下: (1)研制了共光栅标准计量器的粗、精两级定位垂直扫描工作台,满足了大行程、纳米级定位精度的测量要求。研制的工作台粗定位级扫描范围达5mm,精定位级为60μm,定位分辨率优于2nm。工作台的设计已申请了国家发明专利(申请号:200510018618.1)。 (2)建立了显微干涉系统的数学模型,揭示了数值孔径、光源光谱分布对干涉条纹及其包络分布的影响规律,分析了它们对形貌测量灵敏度和范围的影响。 (3)提出了等步距白光相移快速算法,解决了白光干涉测量中形貌的快速、准确提取问题,完成了光源带宽、数值孔径、移相步距等因素对算法精度影响的分析。 (4)完成了扫描白光干涉形貌测量仪的研制。设计的仪器具有模块化的特点:干涉仪和扫描工作台相互独立,使系统具有极大的灵活性,可以与不同型号、不同数值孔径的干涉仪配合,以满足多样化的测量需求。 研制的基于扫描白光干涉原理的表面形貌测量系统可以满足机械加工表面粗糙度以及微电路、微光学元件、微机械等微观结构表面轮廓的测量要求,具有非接触、高精度、可靠性好,价格便宜的特点。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP274.4

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年
2 王军;短相干光干涉在晶体特性参数和微观表面形貌测量中的应用研究[D];南京理工大学;2010年
3 刘斌;微小三维尺寸自动光学检测系统的关键技术研究[D];天津大学;2010年
4 马龙;白光扫描干涉测量方法与系统的研究[D];天津大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金鹭;基于GPU的表面形貌测量系统的研究[D];浙江大学;2011年
2 刘君;基于白光干涉技术的膜材料应变行为测试方法研究[D];中北大学;2011年
3 罗婷;白光干涉测量光学薄膜厚度[D];南京理工大学;2011年
4 师丽丽;基于白光垂直扫描干涉法测量物体微观表面形貌的研究[D];南京理工大学;2011年
5 周锐铭;金刚石砂轮椭圆环面修整与曲面磨削加工研究[D];华南理工大学;2011年
6 董跃华;激光干涉检测装置的实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 魏桂爽;光学自由曲面原位测量系统的研究[D];天津大学;2010年
8 任利强;荧光显微镜中景深和自动对焦方法的研究[D];天津大学;2012年
9 韦凤;金刚石砂轮微观出刃形貌的非接触检测及3D图形化评价[D];华南理工大学;2010年
10 刘毅;基于红外白光干涉技术的MEMS器件形貌测试方法研究[D];中北大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何永辉,颜永根,徐耀寰,蒋剑峰;冷轧钢板表面三维微观形貌测量系统[J];宝钢技术;2000年02期
2 许慧斌,张小波,宾鸿赞;基于PC总线的位置测量与电机控制卡[J];电子与自动化;1999年03期
3 王选择,郭军,谢铁邦;精密衍射光栅信号的椭圆拟合与细分校正算法[J];工具技术;2003年12期
4 蔡鹤皋,孙立宁,安辉;压电/电致伸缩微位移器件与应用(上)[J];高技术通讯;1994年05期
5 蔡鹤皋,孙立宁,安辉;压电/电致伸缩微位移器件与应用(下)[J];高技术通讯;1994年06期
6 周明宝;干涉法表面形貌测量使用的扩展深度测量范围的方法[J];光学精密工程;1999年04期
7 许谊,徐毓娴,惠梅,蔡昕;微分相衬干涉显微镜定量测量表面形貌[J];光学精密工程;2001年03期
8 孙麟治;李鸣鸣;程维明;;精密定位技术研究[J];光学精密工程;2005年S1期
9 孙立宁;马立;荣伟彬;高燕;;一种纳米级二维微定位工作台的设计与分析[J];光学精密工程;2006年03期
10 周明宝,林大键,郭履容,郭永康;微结构表面形貌的测量[J];光学精密工程;1999年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李朝辉;基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D];天津大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李蓓;;保偏熔接机结构特点分析研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2008年01期
2 葛建中;黄松清;葛丛;;关于三坐标测量策略的探讨[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2010年04期
3 徐满平;周杰;;傅里叶变换全息的计算机模拟[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2007年06期
4 常山;桑志文;毛杰健;朱品珍;;单色点源矩孔菲涅耳衍射光场的计算与模拟[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2010年04期
5 王晓辉;;Ⅱ级工作用廉金属热电偶热电动势测量结果不确定度的评定分析[J];安装;2012年05期
6 曾汉平;李登红;;潜水异步电机转速高准确度测量方法研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2008年03期
7 刘晨;费业泰;卢荣胜;张勇斌;陈晓怀;;主动三维视觉传感技术的研究[J];半导体光电;2006年05期
8 刘玉周;赵斌;;无衍射微光斑能量分布测量系统的研究[J];半导体光电;2007年02期
9 成立;植万江;范汉华;王玲;伊廷荣;王振宇;;0.25μm BiC MOS差分式光电转换器[J];半导体光电;2008年01期
10 成立;王玲;伊廷荣;植万江;范汉华;王振宇;;0.18μm CMOS施密特模数光电变换器[J];半导体光电;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李莲;翟丽霞;;动态轨道衡称重系统误差分析及数据处理的研究[A];中国仪器仪表学会第十三届青年学术会议论文集[C];2011年
2 谢家兴;刘洪山;王建;代秋芳;;基于Authorware的工程光学多媒体教学系统的制作[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
3 黎新;黄国亮;李强;陈圣依;;钻石多面体几何结构特征的频谱分析及应用研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 贾大功;赵振;马彩缤;张红霞;张以谟;;基于ARM的嵌入式光纤端面检测仪的研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
5 吕且妮;崔宇明;蔡怀宇;王强;;“工程光学实验”教学平台的设计与建立[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 曹益平;苏显渝;陈文静;向立群;张启灿;刘元坤;;推动《信息光学》课程改革,提高学生学习兴趣[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 李存龙;陈伟民;刘显明;雷小华;赖伟;曾海朋;王福权;;测量角度间隔对LED灯具光强分布测量的影响[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
8 胡正良;杨华勇;阳明晔;;《信息光学》课程建设探讨[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
9 倪晋平;卢红伟;董涛;;组合光幕阵列密集度测量方法[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
10 周广梅;郭峰;李宏升;;润滑油膜厚度测量彩色光干涉图像的复现[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 董杰;基于单目视觉的散焦测距算法的研究[D];中国海洋大学;2010年
3 陈大庆;光学信息处理技术在鲁棒数字水印中的应用研究[D];苏州大学;2010年
4 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年
5 郑荣茂;基于NGGPS制造特征信息统一机理与实现方法[D];华南理工大学;2010年
6 饶丰;基于个性化眼模型的人工晶体设计及其特性研究[D];南开大学;2010年
7 孟凡文;面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究[D];南昌大学;2010年
8 韩嵘;水泥基压电智能器件特性分析[D];北京交通大学;2010年
9 乔闹生;PCB自动光学检测的图像检测与处理关键技术研究[D];电子科技大学;2010年
10 杨承;日盲型紫外探测和直升机着舰光电助降技术的研究[D];电子科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
2 曹自然;大型板类零件孔形位尺寸检测系统[D];长春理工大学;2010年
3 王悦竹;80口径观鸟镜ED光学系统设计[D];长春理工大学;2010年
4 张恩政;基于双频干涉的直线度及其位置测量方法研究[D];浙江理工大学;2010年
5 郭凤华;基于卡尔曼滤波的高精度磷酸根离子分析仪的设计[D];郑州大学;2010年
6 荆宜青;QCM检测仪系统软件的优化设计与实现[D];郑州大学;2010年
7 杜士锋;新型磨针机振动给料结构研究[D];郑州大学;2010年
8 党永;非谐振压电叠堆发电特性研究[D];大连理工大学;2010年
9 刘小顺;压电智能结构的有限元仿真与实验研究[D];大连理工大学;2010年
10 郑银涛;基于平板式电容的微位移测量系统设计[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白春礼;纳米科技及其发展前景[J];微纳电子技术;2002年01期
2 朱长纯,赵红坡,韩建强,崔万照;MEMS薄膜中的残余应力问题[J];微纳电子技术;2003年10期
3 栗大超,冯亚林,傅星,胡晓东,靳世久,郝一龙,胡小唐;MEMS动态测试技术[J];微纳电子技术;2005年04期
4 雷李华;邹子英;李源;王丽华;李东升;;纳米台阶标准样板的制备和表征[J];微纳电子技术;2011年09期
5 王莎莎;陈兢;栗大超;黄玉波;李志宏;;基于局部基底弯曲法的高灵敏度薄膜应力测试技术[J];半导体学报;2006年06期
6 兰光明,韩秋实,孙志永;VC环境下的PMAC数据实时采集与显示[J];北京机械工业学院学报;2004年01期
7 郭彤;胡春光;陈津平;傅星;胡小唐;;MEMS显微干涉测量系统中相移器性能的研究[J];传感技术学报;2006年05期
8 薛晨阳;孔繁华;张文栋;熊继军;张斌珍;郑丽娜;;利用白光干涉原理测量MEMS深槽结构[J];传感技术学报;2006年05期
9 齐永岳;赵美蓉;林玉池;;高精度激光干涉条纹细分系统[J];传感器与微系统;2006年08期
10 张玲玲;谢铁邦;;基于扫描白光干涉法的接触式轮廓综合测量仪[J];轴承;2006年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马龙;白光扫描干涉测量方法与系统的研究[D];天津大学;2011年
2 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
3 苏绍璟;大量程纳米级光栅位移测量理论及关键技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
4 杨练根;基于微恒力位移传感器的表面形貌测量系统和二维Motif评定方法[D];华中科技大学;2004年
5 郭军;激光干涉表面形貌测量系统及3D-MOTIF评定研究[D];华中科技大学;2004年
6 李朝辉;基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D];天津大学;2004年
7 王选择;正交衍射光栅计量原理及在超精密工作台上的应用[D];华中科技大学;2004年
8 张红霞;用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D];天津大学;2004年
9 夏豪杰;高精度二维平面光栅测量系统及关键技术研究[D];合肥工业大学;2006年
10 杜艳丽;基于白光干涉的金属极薄带测厚理论与系统研究[D];浙江大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭生发;基于微小信号检测的智能光电系统的研究与开发[D];武汉理工大学;2002年
2 刘家豪;计算机视觉在微构件三维检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
3 陶立;彩色三维激光扫描成像系统的研究[D];天津大学;2004年
4 孙姣芬;虚光栅移相莫尔条纹法对干涉图的处理及应用[D];南京理工大学;2004年
5 刘峰;GPU加速的云的生成和动态模拟[D];浙江大学;2005年
6 陈莉;球面曲率半径的单频激光干涉测量研究[D];南京理工大学;2005年
7 韦丰;激光合成波长干涉纳米测量系统及其信号处理方法的研究[D];浙江大学;2005年
8 海涛;数字式干涉型光纤传感器条纹电子计数细分实现方案研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 王盛满;双光子荧光显微镜的研究[D];浙江大学;2006年
10 刘昀强;利用显微激光多普勒技术测量微悬臂梁的机械特性[D];天津大学;2005年
【二级引证文献】
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1 王军;陈磊;吴泉英;臧涛成;;利用白光干涉垂直扫描法测量波片延迟量[J];激光与光电子学进展;2013年01期
2 闫海涛;孟伟东;赵晓艳;甄志强;;基于干涉条纹图像对比法测量微位移[J];应用光学;2012年06期
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1 孔令叶;轴对称回转曲面精密磨削加工技术研究[D];广东工业大学;2011年
2 韩文梅;岩石摩擦滑动特性及其影响因素分析[D];太原理工大学;2012年
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1 段红旭;发动机缸体结合面孔组在线检测视觉图像定位方法研究[D];天津大学;2012年
2 叶焕英;纳米片磷酸铁和磷酸铁锂的制备与表征[D];南昌大学;2012年
3 雷李华;纳米标准样板的测量与溯源方法研究[D];中国计量学院;2012年
4 张滔;基于流处理器的分子动力学模拟的优化方法研究[D];昆明理工大学;2012年
5 赵小敏;基于CUDA的光学三维重构并行算法的研究[D];黑龙江科技学院;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许慧斌,张小波,宾鸿赞;基于PC总线的位置测量与电机控制卡[J];电子与自动化;1999年03期
2 董大年;程上彝;杨国渝;;表面微观形貌的非接触测量[J];光学工程;1989年01期
3 刘品宽,孙立宁,荣伟彬,蒋利民,田昭武;新型智能电化学微加工系统的研究[J];高技术通讯;2002年06期
4 刘伟;单轴柔性铰链转角刚度的计算机辅助计算[J];光学精密工程;2000年02期
5 许谊,徐毓娴,惠梅,蔡昕;微分相衬干涉显微镜定量测量表面形貌[J];光学精密工程;2001年03期
6 刘品宽,孙立宁,曲东升,荣伟彬;新型二维纳米级微动工作台的动力学分析[J];光学精密工程;2002年02期
7 节德刚,刘延杰,孙立宁,孙绍云,蔡鹤皋;一种宏微双重驱动精密定位机构的建模与控制[J];光学精密工程;2005年02期
8 杜颖,李真,张国雄;三维曲面的光学非接触测量技术[J];光学精密工程;1999年03期
9 周明宝,林大键,郭履容,郭永康;微结构表面形貌的测量[J];光学精密工程;1999年03期
10 何永辉,蒋剑峰,赵万生;基于扫描白光干涉法的表面三维轮廓仪[J];光学技术;2001年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
2 赵焕东;相位测量轮廓术的理论研究及应用[D];浙江大学;2001年
【相似文献】
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1 刘清;基于动态遗传网络对光栅传感器输出的细分[J];系统工程与电子技术;2003年09期
2 易铭;C650车床半自动化改造[J];工业控制计算机;2003年08期
3 赵玉刚;周维芳;;基于AT89S51单片机的光栅智能测量仪的设计[J];科技信息(学术研究);2007年32期
4 曾良才,陈新元,陈文霞;光栅传感器及在流量测试中的应用[J];传感器技术;2002年07期
5 王文成;徐建强;;激光测距仪中高精度光栅传感器的设计[J];电子工程师;2006年06期
6 贾君贤;;光栅传感器及在轮毂椭圆度测量中的应用[J];科技信息(科学教研);2007年25期
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9 金喜平,边英杰;数字锁相环在位置检测中的应用[J];制造业自动化;2000年03期
10 敖银辉,李桂桦,吴乃优;传感器在轮对参数检测系统中的应用[J];传感器技术;2003年06期
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1 高宏;薛实福;李庆祥;严普强;;光学轮廓仪[A];中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册)[C];1992年
2 陈永权;赵建科;袁湘兰;郑中林;;绝对相位展开方法研究[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年
3 王鸣;聂守平;李明;李达成;;自混合干涉微位移传感器[A];中国仪器仪表学会学术论文集[C];2004年
4 何祖斌;邓燕;徐建程;许乔;柴立群;;相移算法振动误差分析[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
5 马修水;钟伟红;关宏伟;闫如胜;费业泰;;基于二次莫尔条纹纳米光栅传感器光学信号仿真[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年
6 张宝健;梁丽勤;;基于光纤Bragg光栅传感器的水坝健康监测系统设计[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
7 朱荣刚;戴强;李建欣;朱日宏;;虚条纹相移算法在结构光三维测量中的应用[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
8 李英志;赵建;阚卓娜;;基于FPGA多功能接口光栅数据采集系统的设计[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年
9 侯磊;于劲;于骏一;姚骏恩;;用STM测量球面粗糙度的计算机程序设计[A];第七次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1993年
10 库黎明;周旗钢;李耀东;闫志瑞;王继;;双面抛光过程中化学作用对300m硅片表面形貌的影响[A];中国有色金属学会第六届学术年会论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 戴蓉;基于垂直扫描工作台的白光干涉表面形貌测量系统研究[D];华中科技大学;2007年
2 张宇;极紫外光刻物镜系统波像差检测技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
3 陆观;光纤Bragg光栅在智能材料结构健康监测中的应用研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 李志鑫;超精密气浮定位平台动力学特性优化研究[D];华中科技大学;2008年
5 殷燕子;耐温光纤布拉格光栅传感器涂层的研究[D];武汉理工大学;2012年
6 杨健;微束微区X射线荧光矿物探针研制[D];成都理工大学;2011年
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1 周利兵;PMP中相移算法与误差分析研究[D];四川大学;2003年
2 杨申申;新型曲面测量仪的设计及研制[D];吉林大学;2005年
3 曾义;基于扫描相关的N步非定步长相移算法研究[D];山东大学;2010年
4 兰健;金属包覆Bragg光栅传感器的制备与性能研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
5 刘阳阳;小型光栅位移传感器设计[D];长春理工大学;2008年
6 袁立全;小口径光栅测径仪[D];长春理工大学;2006年
7 靳克铭;基于FPGA的光栅位移检测技术研究[D];长春理工大学;2007年
8 于飞;全自动长度指示表检定仪的设计与实现[D];华北电力大学(河北);2007年
9 丁红昌;绝对式线位移光栅传感器的研究[D];长春理工大学;2009年
10 雷冬梅;光栅扭矩传感器动态测量系统的数据采集与处理研究[D];重庆大学;2005年
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