專利名稱：表面微觀形貌超精激光測頭的制作方法
技術領域：
本實用新型為用于亞微米級超精加工表面微觀形貌測量的超精激光測頭。
在亞微米級超精加工領域中，被加工表面的粗糙度已經達到Ra＝0.064～0.008μm(▽11～▽14)級以上，這樣的超精密、超光滑表面不適于接觸測量，因為接觸式輪廓儀觸針的微小壓力足以使該種表面遭到破壞，所以迫切需要研制出高精度的非接觸式表面微觀形貌測量儀器。
目前用于表面微觀形貌測量的非接觸式測試儀器主要有三種類型(一)激光散斑測量儀器；(二)電子掃描顯微鏡；(三)雙頻激光干涉儀。第一種儀器只能給出表面粗糙度的統(tǒng)計數(shù)值，無法確知表面的具體輪廓。第二種儀器在水平方向(X，Y向)有較高的分辨力，而對表面高度(Z向)的分辨能力不高。第三類儀器中現(xiàn)有報導的大小光點式雙頻激光干涉儀，光路較復雜，實現(xiàn)高精度有一定困難。
本實用新型的目的是為非接觸式表面微觀形貌測量儀器提供一種實用的超精密激光測頭。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的采用雙頻激光干涉技術，利用一個渥拉斯頓棱鏡把光束中的兩個偏振方向的分量分開，通過物鏡把兩路光分別投射到工件上，形成兩個互相分開的探測光點，該兩光束反射后經物鏡在渥拉斯頓棱鏡上合成并發(fā)生干涉，由光電元件把所形成的信號轉換成電信號，并通過電路和微機給出測量結果。信號的處理是通過測量信號和參考信號之間的相位比較實現(xiàn)的，測量分辨率達到δ＝ (λ／2)/360 ×0.1＝0.9 數(shù)量級，從而滿足了上述測量的精度要求。此外，本實用新型在結構上把激光器和干涉光路集成為一體，干涉光路集中在干涉組件上，在該組件上還設置了一個截距調節(jié)裝置，可以按需要調節(jié)兩個光點之間的距離，給測量帶來很大的方便，并使直角坐標的測量掃描成為可能。
本實用新型的積極效果在于為非接觸式表面微觀形貌提供了一種超精密激光測頭，其分辨率比現(xiàn)有同類儀器的最高指標(1 )提高，且結構簡單，使用方便。
本實用新型的具體結構由以下的實施例及附圖給出，如說明書附圖所示

圖1主視圖；圖2俯視圖；圖3側視圖；圖4截距調節(jié)裝置結構圖。由雙頻激光器(1)發(fā)出的光束中包含有偏振方向互相垂直的兩個線偏振光分量，該光束由反射鏡(2)反射后，通過望遠系統(tǒng)(3)準直和擴束，由反射鏡(4)反射，再由分光鏡(5)反射部分光束到光電接收器(10)而形成參考信號。透過分光鏡(5)的光束經渥拉斯頓棱鏡(6)分為兩束，由物鏡(8)把它們分別會聚到工件表面上兩點，而成為探測光點。反射光再一次經過物鏡(8)和棱鏡(6)會合，反射后由光電接收器(9)接收，而成為測量信號，通過測量信號和參考信號的比相給出測量結果。在物鏡筒中設置了一個截距調節(jié)裝置(7)，它由不同斜度安裝的三塊玻璃平板組成可根據(jù)需要把相應的部分轉入光路中，從而保證兩光點間距有四個不同的尺寸。測量中測頭不動，由一個精密工作臺帶動工件一起在測頭下運動，即可實現(xiàn)掃描測量。
整個激光測頭從結構上可分為殼體、激光器組件、望遠鏡組件、干涉組件和電路系統(tǒng)等五個部分。激光器組件(1)借助于兩個支架(12)固定在殼體(14)上。望遠鏡組件由望遠鏡筒(15)(圖3)和分光鏡筒(18)組成，兩個鏡筒通過一個連接件(19)成L形的固定在一起，望遠系統(tǒng)(3)固定在望遠鏡筒中，分光鏡(5)固定在分光鏡筒中。望遠鏡組件從光路上看介于激光器和干涉組件之間，但與兩者并不直接固聯(lián)，而是通過兩個支架(16)(圖3)固定在殼體上。干涉組件主要由渥拉斯頓棱鏡(6)、物鏡(8)、光點截距調節(jié)裝置(7)及其殼體和固定件組成，該組件可通過花鍵接口擰到殼體(14)上并用螺釘固緊。組件中的件(6)(8)和(7)均固定在一個鏡筒中，該鏡筒可通過一個滾花螺帽(17)(圖3)作上下移動，并通過一個銷釘定位和導向。光點截距調節(jié)裝置主要由一個調節(jié)環(huán)(圖4)組成，三個不同傾角的平行平板玻璃固裝在環(huán)上，該調節(jié)環(huán)通過微型滾珠軸承固定在由(6)(7)(8)組成的干涉組件的鏡筒上，搬動手柄可以轉動調節(jié)環(huán)，使不同傾角的平行平板處于光路中，用以改變通過該平板的光束所形成的光點的位置，從而改變了兩個光點之間的截距。光路系統(tǒng)包括光電接收器(9)(10)、電路盒(11)和插座(13)等部分，它們分別通過支架或直接用螺釘固定在殼體(14)上。
權利要求1.一種用于表面微觀形貌測量的超精激光測頭，其特征在于由激光器(1)、反射鏡(2)(4)、望遠系統(tǒng)(3)、分光鏡(5)、渥拉斯頓棱鏡(6)、截距調節(jié)裝置(7)、物鏡(8)和光電接收器(9)(10)等組成測量裝置；激光器通過支架固定在殼體(14)上；反射鏡、望遠系統(tǒng)和分光鏡組成望遠鏡組件，該組件也通過支架固定在殼體(14)上；渥拉斯頓棱鏡、截距調節(jié)裝置和物鏡等組成干涉組件，該組件通過花鍵孔用螺釘固定在殼體(14)上；
2.如權利要求1所述的激光測頭，其特征在于采用了一個截距調節(jié)裝置(7)，三個不同傾角的平行平板玻璃裝在一個調節(jié)環(huán)上，調節(jié)環(huán)安裝在物鏡(8)的下面，通過微型滾珠軸承固定在由(6)(7)(8)組成的干涉組件的鏡筒上。
專利摘要本實用新型為亞微米級超精加工表面的非接觸式微觀形貌測量提供了一種超高精度的激光測頭。它由激光器、反射鏡、望遠系統(tǒng)、分光鏡、截距調節(jié)裝置和光電接收器組成，激光束通過渥拉斯頓棱鏡的分光，在工件表面上形成兩個探測光點，采用相位比較的信號處理系統(tǒng)，測量分辨率比現(xiàn)有最高水平提高10％。該測頭結構緊湊，使用方便，容易提高測量精度。它適用于航空航天、精密工程及微電子技術領域中超精密表面的測量分析。
文檔編號G01B11/30GK2148311SQ9222516
公開日1993年12月1日 申請日期1992年6月17日 優(yōu)先權日1992年6月17日
發(fā)明者李鵬生, 強錫富, 于英滿, 張琢, 趙慧杰, 李華, 甘敦文 申請人:哈爾濱工業(yè)大學