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原文传递利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法

专利名称：	利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法
摘要：	利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法涉及精密加工与精确测量领域，该方法包括设计了共聚焦激光扫描显微系统，在探测器前设置可调针孔光阑；设计了扫描范围100微米控制精度可达10纳米的激光扫描器和物距与倾角都可调的载物台，选定405纳米波长激光器；设定光阑针孔为<1.0艾里单元的某值、选择扫描范围和扫描层厚度后进行扫描并存储数据；重建扫描图，在平面内选定一形貌曲线，给出形貌曲线的峰值粗糙度和总粗糙度的平均值；获得同一波导多个采样长度的峰值粗糙度和总粗糙度平均值；对多个波导多个采样长度的表面粗糙度测量获得峰值粗糙度和总粗糙度的平均值；该方法可用于大规模微纳型结构在生产中的无损在线快速检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	长春理工大学
发明人：	孙德贵;尚鸿鹏;形文超;孙喆禹
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-27T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910235672.3
公开号：	CN109884061A
代理机构：	长春众邦菁华知识产权代理有限公司
代理人：	王丹阳
分类号：	G01N21/84(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	130000 吉林省长春市朝阳区卫星路7089号
主权项：	1.利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，该方法使用的共聚焦激光扫描显微系统包括：短波长激光器、激光扩束透镜、二向色镜、二向色镜控制器、大口径物镜、针孔光阑、过滤器、光电倍增管和计算机；该无损测量方法包括如下步骤：步骤一：短波长激光器发出的激光经由激光扩束透镜扩束，通过二向色镜反射到大口径物镜后聚焦在被测物体内部，形成一个纳米级大小的光斑；所述光斑携带被检测区域信息反射回大口径物镜和二向色镜后透射通过针孔光阑成像，通过过滤器后被光电倍增管所接收，存储到计算机中，其中所述针孔光阑设置在像点位置，孔径小于艾里斑单元；步骤二：在被测物体的上表面分别沿水平和垂直半径上设定数量相同的测试点，在所述测试点内确定测试范围的平面，通过二向色镜控制器控制二向色镜做俯仰和左右运动，使光斑在所述平面附近从左到右进行扫描成像，然后调节二向色镜控制器使二向色镜移动，扫描深度以纳米级步长向上移动，进行第二次扫描成像……重复以上步骤，直至扫描成像覆盖所述平面，形成图像存储在计算机中；步骤三：在所述平面内选定一形貌曲线，对其中的一段放大，计算得到这一条形貌曲线由共聚焦激光扫描显微系统给出的峰值粗糙度和总粗糙度的平均值，并给出了测量误差；进而获得同一波导多个采样长度的峰值粗糙度和总粗糙度平均值；对一个波导多个采样长度的重复上述表面粗糙度测量获得多个波导多个采样长度峰值粗糙度和总粗糙度的平均值，并进一步获得峰值粗糙度和总粗糙度的最后平均值；步骤四：在所述被测物体上的所有测试点重复步骤三，最终得到了被测物体上表面的粗糙度。 2.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，步骤二所述的过程如下：在所述平面内，波导通道横截面方向为横向，光信号传输方向为纵向，在橫方向选择m个波导通道，然后沿着波导通道的传输方向等分n段，m和n∈[5,15]；选定第m个通道中的一个形成n段形貌曲线，对其中一段作为采样长度并放大10倍，对每一条形貌曲线计算粗糙度，由共聚焦激光扫描系统按均方根给出每个采样长度内形貌曲线的峰值粗糙度和总粗糙度单元；其中\|Z(x)\|为某个峰值与深谷的总高度的绝对值，l为峰值与深谷的长度，CN为扫描测定范围内峰值与深谷区域的总数，获得n个采样长度的峰值粗糙度和总粗糙度平均值，即一维平均值；对所有m个测试分析面重复上述表面粗糙度测量获得m个峰值粗糙度和总粗糙度的二维平均值，即为一个测试点最后粗糙度平均值，依次方法可进一步获得所有测试点的峰值粗糙度和总粗糙度的平均值；从而获得被测表面粗糙度在整个被测物上的分布。 3.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，步骤二所述的过程如下：在所述平面内，波导通道横截面方向为横向，光信号传输方向为纵向，在橫方向选择m个波导通道，然后沿着波导通道的传输方向等分n段，m和n∈[5,15]；选定第m个通道中的一个形成n段形貌曲线，对其中一段作为采样长度并放大10倍之后，对每一条形貌曲线计算粗糙度，由共聚焦激光扫描系统按平均值给出每个采样长度内形貌曲线的峰值粗糙度和总粗糙度单元；其中\|Z(x)\|为某个峰值与深谷的总高度的绝对值，l为峰值与深谷的长度，CN为扫描测定范围内峰值与深谷区域的总数，进而获得n个采样长度的峰值粗糙度和总粗糙度平均值，即一维平均值；对所有m个测试分析面重复上述表面粗糙度测量获得m个峰值粗糙度和总粗糙度的二维平均值，即为一个测试点最后粗糙度平均值，依次方法可进一步获得所有测试点的峰值粗糙度和总粗糙度的平均值；从而获得被测表面粗糙度在整个被测物上的分布。 4.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，步骤二所述的二向色镜以10纳米步长向上运动。 5.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，所述步骤二中的扫描区域为100μm2。 6.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，还包括一个呈放被测物，最大转角为45度的载物台。 7.根据权利要求1所述的利用共聚焦激光扫描显微系统测量介质表面粗糙度的方法，其特征在于，所述二向色镜控制器控制二向色镜做三维扫描运动。
所属类别：	发明专利