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便攜式光學表面三維形貌在線檢測儀
光學干涉測量法作為一種重要的非接觸表面三維形貌測量手段，具有無損傷、率的特點，長期以來始終是國內外高精度測量領域的研究熱點。便攜式光學表面三維形貌在線檢測儀就是基于光學干涉測量法設計的超光滑表面三維形貌檢測儀器，以解決機械、微電子、光學等領域超精密加工元件的高精度在線快速批量檢測問題，例如超大集成電路晶元、LED藍寶石襯底等元件的生產檢測，可應用在芯片、LED、微機械、微光學、航空航天用光學陀螺、強激光、天文望遠鏡等生產與科研領域。 由于通用的光學表面三維形貌檢測儀體積較大，其光路系統和三維調整載物臺是分開的，依靠懸臂結構將二者連接起來。這種結構可獲得較大縱向測量范圍，但儀器受振動和氣流影響很大，穩定性不足，需要配以抗振平臺或采用其他復雜的抗振措施，這就大大增加了儀器研發成本。加之采用傳統的測量臺結構設計，被測件置于儀器的干涉測量物鏡和載物臺之間，限制了被測件的橫向尺寸，無法實現對大口徑光學元件表面的檢測。綜合以上因素，此類儀器只能用于實驗室檢測，無法滿足工業生產中在線測量的要求。 本作品采用光路、機械、電路和軟件算法的一體化和集成化技術，提高了系統穩定性和抗干擾能力；采用背測式技術，打破了被測件尺寸限制；采用重疊平均移相干涉測量技術，保證了測試精度。本作品實用性強，適用范圍廣，具有打破國外技術壟斷，實現技術創新的特點。 本作品主要研究內容及成果包括：使用短相干LED干涉成像技術，提高成像質量；依據干涉條紋對比度變化選定采樣區間，減小了系統誤差；優化了光機系統結構和電路控制，提高了系統的便攜性和穩定性；使用背測式結構，載物臺位于物鏡和被測面之間，從而對被測面口徑無尺寸限制；使用了重疊平均移相干涉測量技術，將干涉測量精度提高到亞納米量級；開發了一套集PZT移相、CCD采集和面形計算分析于一體的軟件，將檢測時間壓縮到10秒鐘以內。