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光外差干涉法测表面粗糙度 二 光外差干涉法 1、特点 光外差干涉法是非接触测量的一种，是在基于干涉显微镜的基础上提出的一种测量表面粗糙度的新方法。是利用对被测表面形貌没有影响的手段间接反映被测表面的信息来进行测量的方法, 其最大的优点就是测量装置探测部分不与被测表面的直接接触, 保护了测量装置, 同时避免了与测量装置直接接触引入的测量误差，其测量表面起伏精度及横向分辨精度达到0.11 nm及4 μm.He2N e 激光器1 发出的激光被分光镜2 分成两路: 一路透射经声光调制器3, 一级衍射光频率增加f 2= 40MHz, 经反射镜4 扩束系统8, 由透镜会聚到物镜14 的后焦点上, 经14 后成为平行光照射到被测面15 上, 作为参考光束; 另一路由分光镜2 反射经声光调制器5, 一级衍射光频增加f 1= 41MHz, 经反射镜6 扩束系统7 分光镜12, 由物镜14 会聚在样品表面, 作为测量光束, 测量光斑的大小由物镜14 的参数决定。 透过分光镜 12 的测量光束与被分光镜 12 反射的参考光束产生拍波; 由探测器 13 接收, 产生参考信号, 而从被测面返回的两束光由分光镜 10 反射进入探测器 11, 产生测量信号。将探测器 11、 13 接收到的测量与参考信号送入相位计进行比相, 于是可测得表面轮廓高度值。从理论推导中可以看到, 干涉仪二臂不共路部分的相位差通过比相, 其影响被消除, 这对提高仪器的抗干扰能力, 提高信噪比十分有利。 图 1 3、实例——6JA干涉显微镜用以测量表面光洁度，刻线或度层的深度，配以各种附件还能测量粒状，纹路混乱和底反射率的表面。同时还可将仪器安置在工件上，对大型工件表面进行测量。本仪器是用来测量精密加工零件（平面、圆柱等外表面）光洁度的仪器，也可以用来测量零件表面刻线，镀层等深度。　　仪器配对各种附件，还能测量粒状，加工纹路混乱的表面，低反射率的工件表面。同时还能将仪器安置在工件上，对大型工件表面进行测量。　　仪器测量表面不平深度范围为1～0.03微米，用测微目镜和照相方法来评定10～14光洁度的表面。　　本仪器适用于厂矿企业计量室，精密加工车间，也适用于高等院校，科学研究等单位。测量表面光洁度范围（表面粗糙度0.1～0.006） 10～14 主要技术规格工作物镜的数值孔径 0.65 工作距离 0.5毫米 仪器的视场:目视 φ0.25毫米 仪器的视场:照相 0.21×0.15毫米 仪器的放大倍数:目视 500倍仪器的放大倍数:照相 168倍测微目镜放大倍数 12.5倍 工作台升程 5毫米 X、Y方向移动范围 ≈10毫米 旋转运动范围 360度 不平深度测量范围：0.03---1μm（10----▽14）放大倍数：500×（目视）；168×(照相）视场范围：Φ0.25mm（目视）；0.15×0.21mm（照相）工作距离：0.5mm测微器分划值：0.01mm 　　实时全息法实时全息干涉计量术简称实时法, 具有实时、全场、灵敏、非接触、非破坏、精度高等特点, 其原理如 　　图1所示。激光束经分束镜后分成两路, 反射的为参考光束, 经M 1 反射后再经透镜L 1 扩束, 经针孔后以 　　U r 的参考光束射向全息底片H。另一路光束镜光束镜组LO 后准直, 以UO 物光束照明工件O , 最后射向全 　　息底片H, 在H 位置形成被测物表面反射的全息图。全息图经显影后正确复位, 在观察屏S 上可以实时观 　　察干涉条纹, 干涉条纹的对比度C 可用下式表示: ?? 　　(1) 　　式中, K = exp ( iouml;KR ) ; Q为物光与参考光光强之比; R 为表面精糙度的均方根植; 为物光与参考光的位相 　　差; R 为被测表面中心至观察屏S 的距离。 　　用电视摄像机或光电扫描测出干涉条纹的强度分布, 求出输出光强的极大值与极小值, 则可以用 　　C= ( Imax - Im in )ouml;( Imax+ Im in) 求出对比度C, 然后用式(1) 计算出表面粗糙度的均方根值R。式(1) 是在假设光源具有良好的空间与时间相干性的条件时得出的对比度与表面粗糙度的关系式。实际应用中, 在表面粗 　　糙度的均方根值在0105Lm～ 018Lm 范围时, 式(1) 有较高的准确度。由于实时法是一种单波长的测量, 其 　　缺点是粗糙度的均方根值R 必须小于所采用的波长, 这样就限制了这种方法的适用范围。为了克服这个缺 　　点, 文献[ 6 ]提出了双波长全息干涉术(