专利名称：表面微观形貌超精激光测头的制作方法
技术领域：
本实用新型为用于亚微米级超精加工表面微观形貌测量的超精激光测头。
在亚微米级超精加工领域中，被加工表面的粗糙度已经达到Ra＝0.064～0.008μm(▽11～▽14)级以上，这样的超精密、超光滑表面不适于接触测量，因为接触式轮廓仪触针的微小压力足以使该种表面遭到破坏，所以迫切需要研制出高精度的非接触式表面微观形貌测量仪器。
目前用于表面微观形貌测量的非接触式测试仪器主要有三种类型(一)激光散斑测量仪器；(二)电子扫描显微镜；(三)双频激光干涉仪。第一种仪器只能给出表面粗糙度的统计数值，无法确知表面的具体轮廓。第二种仪器在水平方向(X，Y向)有较高的分辨力，而对表面高度(Z向)的分辨能力不高。第三类仪器中现有报导的大小光点式双频激光干涉仪，光路较复杂，实现高精度有一定困难。
本实用新型的目的是为非接触式表面微观形貌测量仪器提供一种实用的超精密激光测头。
本实用新型的目的是这样实现的采用双频激光干涉技术，利用一个渥拉斯顿棱镜把光束中的两个偏振方向的分量分开，通过物镜把两路光分别投射到工件上，形成两个互相分开的探测光点，该两光束反射后经物镜在渥拉斯顿棱镜上合成并发生干涉，由光电元件把所形成的信号转换成电信号，并通过电路和微机给出测量结果。信号的处理是通过测量信号和参考信号之间的相位比较实现的，测量分辨率达到δ＝ (λ／2)/360 ×0.1＝0.9 数量级，从而满足了上述测量的精度要求。此外，本实用新型在结构上把激光器和干涉光路集成为一体，干涉光路集中在干涉组件上，在该组件上还设置了一个截距调节装置，可以按需要调节两个光点之间的距离，给测量带来很大的方便，并使直角坐标的测量扫描成为可能。
本实用新型的积极效果在于为非接触式表面微观形貌提供了一种超精密激光测头，其分辨率比现有同类仪器的最高指标(1 )提高，且结构简单，使用方便。
本实用新型的具体结构由以下的实施例及附图给出，如说明书附图所示
图1主视图；图2俯视图；图3侧视图；图4截距调节装置结构图。由双频激光器(1)发出的光束中包含有偏振方向互相垂直的两个线偏振光分量，该光束由反射镜(2)反射后，通过望远系统(3)准直和扩束，由反射镜(4)反射，再由分光镜(5)反射部分光束到光电接收器(10)而形成参考信号。透过分光镜(5)的光束经渥拉斯顿棱镜(6)分为两束，由物镜(8)把它们分别会聚到工件表面上两点，而成为探测光点。反射光再一次经过物镜(8)和棱镜(6)会合，反射后由光电接收器(9)接收，而成为测量信号，通过测量信号和参考信号的比相给出测量结果。在物镜筒中设置了一个截距调节装置(7)，它由不同斜度安装的三块玻璃平板组成可根据需要把相应的部分转入光路中，从而保证两光点间距有四个不同的尺寸。测量中测头不动，由一个精密工作台带动工件一起在测头下运动，即可实现扫描测量。
整个激光测头从结构上可分为壳体、激光器组件、望远镜组件、干涉组件和电路系统等五个部分。激光器组件(1)借助于两个支架(12)固定在壳体(14)上。望远镜组件由望远镜筒(15)(图3)和分光镜筒(18)组成，两个镜筒通过一个连接件(19)成L形的固定在一起，望远系统(3)固定在望远镜筒中，分光镜(5)固定在分光镜筒中。望远镜组件从光路上看介于激光器和干涉组件之间，但与两者并不直接固联，而是通过两个支架(16)(图3)固定在壳体上。干涉组件主要由渥拉斯顿棱镜(6)、物镜(8)、光点截距调节装置(7)及其壳体和固定件组成，该组件可通过花键接口拧到壳体(14)上并用螺钉固紧。组件中的件(6)(8)和(7)均固定在一个镜筒中，该镜筒可通过一个滚花螺帽(17)(图3)作上下移动，并通过一个销钉定位和导向。光点截距调节装置主要由一个调节环(图4)组成，三个不同倾角的平行平板玻璃固装在环上，该调节环通过微型滚珠轴承固定在由(6)(7)(8)组成的干涉组件的镜筒上，搬动手柄可以转动调节环，使不同倾角的平行平板处于光路中，用以改变通过该平板的光束所形成的光点的位置，从而改变了两个光点之间的截距。光路系统包括光电接收器(9)(10)、电路盒(11)和插座(13)等部分，它们分别通过支架或直接用螺钉固定在壳体(14)上。
权利要求1.一种用于表面微观形貌测量的超精激光测头，其特征在于由激光器(1)、反射镜(2)(4)、望远系统(3)、分光镜(5)、渥拉斯顿棱镜(6)、截距调节装置(7)、物镜(8)和光电接收器(9)(10)等组成测量装置；激光器通过支架固定在壳体(14)上；反射镜、望远系统和分光镜组成望远镜组件，该组件也通过支架固定在壳体(14)上；渥拉斯顿棱镜、截距调节装置和物镜等组成干涉组件，该组件通过花键孔用螺钉固定在壳体(14)上；
2.如权利要求1所述的激光测头，其特征在于采用了一个截距调节装置(7)，三个不同倾角的平行平板玻璃装在一个调节环上，调节环安装在物镜(8)的下面，通过微型滚珠轴承固定在由(6)(7)(8)组成的干涉组件的镜筒上。
专利摘要本实用新型为亚微米级超精加工表面的非接触式微观形貌测量提供了一种超高精度的激光测头。它由激光器、反射镜、望远系统、分光镜、截距调节装置和光电接收器组成，激光束通过渥拉斯顿棱镜的分光，在工件表面上形成两个探测光点，采用相位比较的信号处理系统，测量分辨率比现有最高水平提高10％。该测头结构紧凑，使用方便，容易提高测量精度。它适用于航空航天、精密工程及微电子技术领域中超精密表面的测量分析。
文档编号G01B11/30GK2148311SQ9222516
公开日1993年12月1日 申请日期1992年6月17日 优先权日1992年6月17日
发明者李鹏生, 强锡富, 于英满, 张琢, 赵慧杰, 李华, 甘敦文 申请人:哈尔滨工业大学