一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，包括步驟：步驟S1：根據(jù)圓形平面的尺寸和精度要求，設(shè)定取樣區(qū)域的數(shù)目為m，每個取樣區(qū)域取一個采樣點(diǎn)則共有m個取樣點(diǎn)；步驟S2：確定每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度坐標(biāo)；步驟S3：確定每個取樣區(qū)域中心對應(yīng)的極軸坐標(biāo)；步驟S4：由步驟2和步驟3，得到每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；步驟S5：在圓形平面上以圓心為極點(diǎn)，從圓心任取一條射線作為極軸，從極軸沿逆時針為正方向建立極坐標(biāo)系，在圓形平面上標(biāo)記步驟S4取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；步驟S6：使用粗糙度測量儀器在步驟5標(biāo)記的取樣區(qū)域測量粗糙度。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于平面光學(xué)元件粗糙度的測量中。
【專利說明】一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種表面粗糙度測量的取樣方法，尤其適用于精密光學(xué)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]表面粗糙度是表面形貌的反映，是被測表面的微觀不平整度，是被加工表面上的較小間距范圍內(nèi)由峰谷構(gòu)成的微觀幾何形狀的反映，是光學(xué)加工者和使用者最關(guān)心的表面光學(xué)特征之一。
[0003]測量表面粗糙度主要有兩類儀器：一類是機(jī)械觸針式，另一類是光學(xué)非接觸式。
[0004]英國泰勒一霍普森公司的Talystep表面輪廓儀是機(jī)械觸針式儀器的代表產(chǎn)品，這類儀器都是由金剛石探針接觸被測表面，通過平移被測件，根據(jù)杠桿放大原理將探針沿表面的起伏傳送到處理系統(tǒng)，描繪出表面輪廓線，從而給出被測表面的Ra、Rq等參數(shù)。
[0005]光學(xué)非接觸式輪廓儀從原理上可分為兩種：一是提供表面三維（3D)圖或?qū)游鰣D的方法；另一種是提供表面定量統(tǒng)計信息的光散射法。后者雖然能給出表面Rq或功率譜，但未給出表面起伏形貌，在實(shí)際應(yīng)用中，前者采用得較為廣泛。
[0006]從光學(xué)顯微鏡到各種電子顯微鏡，它們能給出從納米級到原子量級的縱向和橫向表面3D形貌圖。掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope, STM)可測導(dǎo)電表面；大多數(shù)非導(dǎo)電表面可用原子力顯微鏡（atomic force microscope,AFM)測量。透射電子顯微鏡（transmission electron microscope,TEM)和掃描透射電子顯微鏡（STEM)使用于測
量薄膜表面。
[0007]然而，對于絕大多數(shù)光學(xué)表面輪廓（包括短波長X射線用的表面）分析，最合適、方便、廉價的儀器是3D光學(xué)顯微鏡。另外，在精密光學(xué)元件（尤其是超光滑光學(xué)元件）表面粗糙度的測量中，3D光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡因精度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。
[0008]但是，這兩種儀器每次測量所取樣區(qū)域的面積只有幾平方微米到幾平方毫米，和整個測量元件的面積（一般大于1000平方毫米）相差較大。在圓形平面粗糙度的檢測中，一般是在元件表面某一直徑上等間距取若干點(diǎn)，然后用這些點(diǎn)表面粗糙度的測量值帶評價元件的總體情況。采用這種取樣方法的理由是：對于圓形平面元件的加工，大多數(shù)的光學(xué)加工方式采取了環(huán)帶加工或整面加工，都具有對圓心軸的對稱性。但是這種方法只考慮了徑向方向的對稱性，未能考慮因加工固有屬性帶來的在角度方向的不均勻性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](一 )解決的技術(shù)問題
[0010]本發(fā)明是針對目前圓形平面元件粗糙度測量中常用取樣方法的不足，提出了一種基于螺旋線的取樣方法，能夠提高粗糙度測量的工作效率和可靠性。
[0011](二）技術(shù)方案[0012]本發(fā)明提供一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，該取樣方法包括以下步驟：
[0013]步驟SI :根據(jù)圓形平面的尺寸和精度要求，設(shè)定取樣區(qū)域的數(shù)目為m，每個取樣區(qū)域取一個采樣點(diǎn)，因此共有m個取樣點(diǎn)；
[0014]步驟S2 :確定每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度坐標(biāo)；
[0015]步驟S3 :確定每個取樣區(qū)域中心對應(yīng)的極軸坐標(biāo)；
[0016]步驟S4 :由步驟2和步驟3，得到每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0017]步驟S5 :在圓形平面上以圓心為極點(diǎn)，從圓心任取一條射線作為極軸，從極軸沿逆時針為正方向建立極坐標(biāo)系，在圓形平面上標(biāo)記步驟S4取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0018]步驟S6 :使用粗糙度測量儀器在步驟5標(biāo)記的取樣區(qū)域測量粗糙度。
[0019](三）有益效果
[0020]本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢在于：本發(fā)明方法同時考慮了粗糙度在軸向分布和同環(huán)帶分布的不均勻性，采用等面積等概率分布的劃分策略，找到了采用以螺旋線確定取樣區(qū)域的方法，該方法能夠有效地提高粗糙度測量的工作效率和可靠性，并合理地使用若干取樣區(qū)域的粗糙度值對整體表面粗糙度進(jìn)行總體評定。
[0021]本發(fā)明提供了一種圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，該方法能夠有效地使用若干取樣區(qū)域的粗糙度值對整體表面粗糙度進(jìn)行總體評定。
[0022]本發(fā)明依據(jù)圓形平面的半徑大小確定取樣區(qū)域的數(shù)目，然后在螺旋線上等角度的選擇取樣區(qū)域，最后使用粗糙度測量儀器在采樣區(qū)域上測量。本發(fā)明方法提出了測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度采樣的新方法，該方法采樣效果好，可廣泛應(yīng)用于平面光學(xué)元件粗糙度的測量中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖I為本發(fā)明測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法流程圖。
[0024]圖2為η個等面積扇形分布的示意圖。
[0025]圖3為η個等面積環(huán)帶分布的示意圖。
[0026]圖4為圓形平面內(nèi)取樣螺旋線及取樣區(qū)域的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說明。
[0028]本發(fā)明適用于圓形平面表面粗糙度的取樣測量，主要適用于白光干涉儀和原子力顯微鏡的取樣測量。
[0029]如圖I示出一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，該取樣方法包括以下步驟：
[0030]步驟SI :根據(jù)圓形平面的尺寸和精度要求，設(shè)定取樣區(qū)域的數(shù)目為m，每個取樣區(qū)域取一個采樣點(diǎn)，因此共有m個取樣點(diǎn)；一般情況下取6-10個取樣區(qū)域，圓形平面半徑為b ；
[0031]步驟S2 :確定每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度坐標(biāo)，用j來表示某一個取樣區(qū)域，則第j個取樣區(qū)域中心的角度坐標(biāo)Θ J表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于，該取樣方法包括以下步驟: 步驟S1:根據(jù)圓形平面的尺寸和精度要求，設(shè)定取樣區(qū)域的數(shù)目為m，每個取樣區(qū)域取一個采樣點(diǎn)，因此共有m個取樣點(diǎn)； 步驟S2:確定每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度坐標(biāo)； 步驟S3:確定每個取樣區(qū)域中心對應(yīng)的極軸坐標(biāo)； 步驟S4:由步驟2和步驟3，得到每個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 步驟S5:在圓形平面上以圓心為極點(diǎn)，從圓心任取一條射線作為極軸，從極軸沿逆時針為正方向建立極坐標(biāo)系，在圓形平面上標(biāo)記步驟S4取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 步驟S6:使用粗糙度測量儀器在步驟5標(biāo)記的取樣區(qū)域測量粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于:取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度是360度等分。
3.如權(quán)利要求1所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于:取樣區(qū)域中心是在極坐標(biāo)系下的螺旋線上的點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于:所述取樣區(qū)域?yàn)?個-10個。
5.如權(quán)利要求1所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于--第j個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的角度坐標(biāo)Θ]表示為:
6.如權(quán)利要求5所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于--第j個取樣區(qū)域中心的極軸坐標(biāo)h表示為:
7.如權(quán)利要求6所述的測量圓形光學(xué)平面表面粗糙度的取樣方法，其特征在于:第j個取樣區(qū)域中心在極坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為:
【文檔編號】G01B11/30GK103837102SQ201410091461
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】孟凱, 萬勇建, 伍凡, 申立軍 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所