【摘要】：表面形貌是高端制造產(chǎn)品和科學(xué)研究樣件的重要幾何特征,表面形貌的多樣化發(fā)展,需要適應(yīng)其質(zhì)量、制造工藝和功能分析的高端表面形貌測量儀器,對(duì)表面形貌測量技術(shù)的橫、縱向分辨率及測量范圍都提出了更高的要求。本文圍繞白光干涉原子力探針掃描輪廓儀多模式測量技術(shù)展開研究,以滿足工業(yè)測量領(lǐng)域微納表面形貌與結(jié)構(gòu)多樣性測量需求。主要研究內(nèi)容如下:針對(duì)原子力探針微懸臂表面形成的白光干涉條紋畸變問題,提出了穩(wěn)健的零級(jí)條紋定位算法。將離散小波變換與軟閾值濾波、梯度壓縮相結(jié)合,對(duì)白光干涉信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理來消除畸變,增強(qiáng)零級(jí)條紋定位算法的穩(wěn)健性;利用Hilbert變換對(duì)預(yù)處理后的干涉信號(hào)進(jìn)行相位解析來實(shí)現(xiàn)零級(jí)條紋位置的高精度定位。研究了基于激光干涉計(jì)量的大范圍垂直掃描跟蹤測量模式,以滿足大范圍高分辨率表面形貌與結(jié)構(gòu)測量需求。利用白光干涉零級(jí)條紋定位實(shí)現(xiàn)原子力探針對(duì)于被測表面的垂直掃描跟蹤,結(jié)合激光干涉系統(tǒng)對(duì)大范圍跟蹤位移的實(shí)時(shí)計(jì)量,實(shí)現(xiàn)大范圍高分辨率表面形貌測量。研究了基于單色光干涉的原子力探針掃描可溯源測量方法,以滿足超精密表面形貌可溯源測量需求。對(duì)原子力探針微懸臂表面單色光干涉信號(hào)進(jìn)行相位解析,并直接獲取測量過程中探針針尖處的相位變化,從而恢復(fù)得到被測表面形貌,測量結(jié)果可直接溯源到光波波長,實(shí)現(xiàn)超精密表面形貌可溯源測量。將所研究的多模式測量技術(shù)應(yīng)用于白光干涉原子力探針掃描輪廓儀,并開展測試與應(yīng)用實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了白光干涉原子力探針掃描輪廓儀適用于工業(yè)測量領(lǐng)域微納表面形貌和結(jié)構(gòu)多樣性測量需求。
【圖文】：

以有效地消除畸變并準(zhǔn)確定位零級(jí)條紋位置，提高測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。2.1 定位算法比較由物理光學(xué)測量原理可知，光學(xué)系統(tǒng)中的測量光對(duì)準(zhǔn)原子力探針微懸臂表面，，與參考光滿足相干條件發(fā)生光學(xué)干涉[25]，原子力探針微懸臂上形成的白光干涉條紋如圖 2-1（左）所示。原子力探針掃描測量過程中，探針微懸臂會(huì)由于被測表面高度變化而發(fā)生微小形變，原子力探針微懸臂表面形成的白光干涉條紋會(huì)由于光程差的改變而發(fā)生移動(dòng)，如圖 2-1（右）所示。在原子力探針掃描測量過程中，利用白光干涉條紋移動(dòng)量來檢測探針微懸臂的變形量，從而恢復(fù)得到被測樣件的表面形貌。而在白光干涉測量中，白光干涉條紋由可見光區(qū)各種單色光干涉條紋按一定比例組合而成，其在零光程差處產(chǎn)生的零級(jí)干涉條紋光強(qiáng)最大，可用來進(jìn)行絕對(duì)測量。所以白光干涉條紋的移動(dòng)量可通過精確定位零級(jí)條紋的位置變化得到，所以說白光干涉零級(jí)條紋精確定位與否直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文終保持在 CCD 視場內(nèi)。跟蹤測量模式工作原理如圖 3-1 所示，利用垂直方瓷實(shí)時(shí)反饋控制原子力探針在垂直方向發(fā)生移動(dòng)，使得探針微懸臂表面白紋的位置穩(wěn)定在一個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)。完成探針自動(dòng)標(biāo)定后，記錄原子力探針，當(dāng)檢測到白光干涉條紋移動(dòng)量超過設(shè)置的閾值，驅(qū)動(dòng)垂直壓電陶瓷反向的距離使得探針微懸臂的變形量維持在恒定范圍內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2664731