非接触表面形状测量的新方法

　　1前言

　　在当今产品不断迫求小型高精度化的产业界，制造精度管理，产品质量管理也要求提高。表面形状的测量方式从以往的干涉式、三角测量式、动态焦点式以及被采用的动态范围大的对物体进行观察立体显微方式。市场迫切要求能替代这些方式的高精度高可靠性且廉价的测量方式，并且也要求能适应生产线上的测量速度。本文介绍以色列OPTI-MET公司生产的Consocopic Holography测量仪。该仪器可对 0. 04 um~几米的范围进行高精度动态测量。采用两次折射光学晶体和山散射偏振引起的光学干涉技术。其特点在于这种方式即使不用相干光也可引起干涉象，因此，与激光干涉仪相比，可以实现稳定、灵敏、廉价。另外，光学系统为同轴方式，可以安装在与测定表面方向垂直的位置上，不产生阴影，在光学噪声、温度方面也具有优点。

　　原理如图1所示，由点光源发出的非相干单色光，垂直地投影到测定目标上，其反射光分成两束，它们在两重折射光学品体中分别以不同的速度传播。由于这种现象是靠同轴光学系统实现的，能够实现好的稳定性。图1所示的O光具有等方向性，不论以什么角度射在晶体内都以同一速度传播,E光具有非等向性，根据入射角不同其传播速度是可变的。这样，两速从品体出来的光波面具有不同的相位，以偏振角交叉的状态出射，偏振片使经过一次分束的光线再次相遇并产生干涉条纹，与以往的干涉仪同样，条纹间隔中包含着距离信息，通过计算即可得出测量值。

　　2优点

　　下面与以往的测量方式进行比较·干涉仪需要光源是相干光，适合于反射率高的光学平面测量。对于毫米量级或大于毫米量级的测量是不适用的。相反，用Conoscopic测量仪的情况下，可以适应从亚微米到毫米以上范围的测量且构造简单。·三角测量方式是根据与被测物的角度分布及反射位置来计算距离的方式，不是同轴光学系统。因此，可以说对生产线等有振动的现场测量是不适用的。特别是不适用于回转件的测量。另外由于产生物理阴影，必须进行反向测量。

　　·动态焦点扫描方式是通过使焦点保持在被测物表面，把聚焦点作为距离信息来采集。由于存在可动零件，这种方式存在诸如机械运动误差，测量精度受限制以及对复杂零件测量的不稳定等缺点。与此相反，Conscopic测量仪则完全克服了这些缺点。

　　3应用

　　Consocopic Holography在电子·机械零部件的质量管理，核反应堆内的遥控检查，机器人三维视觉系统等方面都有应用。Cono-scopic测量仪可在40 mm的动态范围内以10um的精度进行测量，用于扫描表面测量时可测量最大倾斜散射表面850，也可以测量小孔孔底及螺纹槽这样的形状。测量范围，根据安装在仪器前端的光学系统不同而可变，如果安装在显微镜上，具有亚微米的精度，可作为超精密表面形状检测装置。