一种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及测量固体材料表面粗趟度的方法。
【背景技术】
[0002] 表面粗趟度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。实际表面都是粗趟 的，材料表面粗趟度对该样品的耐磨性、密封性、抗疲劳能力等具有直接影响，还影响零件 的装配质量、振动和噪声W及动力消耗和使用寿命等。不仅如此，表面粗趟度在材料光学 特性、红外目标成像等领域也具有重要地位。表面粗趟度的测量成为零件质量检测的一项 重要工作。可W使用均方根粗趟度（root-mean-square, 0)和自相关长度（correlation length,T)来表征。均方根粗趟度的定义式为；
[0003]
【主权项】
1. 一种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法，其特征在于：一种利用椭偏参 数测量固体材料表面粗糙度的方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、对不同固体材料粗糙表面特征参数进行模拟计算，即通过三维时域有限差分 法求得该固体材料粗糙表面近场的空间电磁场分布； 其中，所述近场为小于10个波长范围内的电磁场； 空间电磁场是指复电场f和磁场77; 粗糙表面特征参数是指均方根粗糙度和自相关长度； 步骤二、通过近远场变换求得远场的复电场S，从远场空间电磁场中提取出镜反射方 向的复电场分量计算镜反射方向的辐射偏振特性，辐射偏振特性使用光学椭偏参数表示， 并建立数据库； 其中，所述远场通常指距离样品为IO5个波长之外的电磁场； 步骤三、当固体材料生产完成后，利用测量表面辐射偏振特性的仪器对该固体材料表 面的光学椭偏参数进行测量，并与数据库中的光学椭偏参数进行比对，得到该固体材料表 面的均方根粗糙度和自相关长度。
2. 根据权利要求1所述一种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法，其特征在 于：所述步骤二中通过近远场变换求得远场的复电场f，从远场空间电磁场中提取出镜反 射方向的复电场分量计算镜反射方向的辐射偏振特性，辐射偏振特性使用光学椭偏参数表 示，并建立数据库；具体过程为： 计算镜反射方向的辐射偏振特性采用下式进行计算： 福射偏振特性使用光学椭偏参数来表不；光学椭偏参数分为：光学椭偏参数反射系数 比实部Ψ和光学椭偏参数反射系数比虚部Λ ;复电场f分为氧;,和左和&是在计算 时设置好的；
式中为P方向复反射系数，？,为s方向复反射系数，A为P方向反射电场矢量，A 为P方向入射电场矢量，t为s方向反射电场矢量，瓦为s方向入射电场矢量，r指反射， i指入射。
3. -种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法，其特征在于：一种利用椭偏参 数测量固体材料表面粗糙度的方法具体是按照以下步骤进行的： 步骤一、对不同固体材料粗糙表面特征参数进行模拟计算，即通过三维时域有限差分 法求得该固体材料粗糙表面近场的空间电磁场分布； 其中，所述近场为小于10个波长范围内的电磁场； 空间电磁场是指复电场左和磁场& ; 粗糙表面特征参数是指均方根粗糙度和自相关长度； 步骤二、通过近远场变换求得远场的复电场f，从远场空间电磁场中提取出镜反射方 向的复电场分量计算镜反射方向的辐射偏振特性，辐射偏振特性使用光学椭偏参数表示， 并建立数据库； 其中，所述远场通常指距离样品为IO5个波长之外的电磁场； 步骤三、当固体材料生产完成后，依次通过测量表面辐射偏振特性仪器的扫描区域测 得光学椭偏参数，并与数据库中的光学椭偏参数进行比对，得到该固体材料表面的均方根 粗糙度和自相关长度，在电脑中根据固体材料的精度需要设置好相应的光学椭偏参数的误 差范围； 误差范围为：I数据库中计算得到的光学椭偏参数-测得的光学椭偏参数I<根据固 体材料精度需要设置的精度值； 若测得的光学椭偏参数在误差允许范围内时，则该固体材料表面粗糙度符合要求； 若测得的光学椭偏参数不在误差允许范围内时，则该固体材料表面粗糙度不符合要 求； 使用电脑记录出现误差的固体材料编号或者直接使用机械手臂将该固体材料取出，实 时监测固体材料表面粗糙度。
4.根据权利要求3所述一种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法，其特征在 于：所述步骤二中通过近远场变换求得远场的复电场S，从远场空间电磁场中提取出镜反 射方向的复电场分量计算镜反射方向的辐射偏振特性，辐射偏振特性使用光学椭偏参数表 示，并建立数据库；具体过程为： 计算镜反射方向的辐射偏振特性采用下式进行计算： 福射偏振特性使用光学椭偏参数来表不；光学椭偏参数分为：光学椭偏参数反射系数 比实部Ψ和光学椭偏参数反射系数比虚部Λ ;复电场￡分为尾#和瓦s; 和&是在计 算时设置好的；
式中为P方向复反射系数，Fi为s方向复反射系数，为p方向反射电场矢量， 为P方向入射电场矢量，&为s方向反射电场矢量，毛为s方向入射电场矢量，r指反射， i指入射。
【专利摘要】一种利用椭偏参数测量固体材料表面粗糙度的方法，本发明涉及测量固体材料表面粗糙度的方法。本发明的目的是为了解决现有技术测量方法原子力显微镜速度慢、扫描电子显微镜需要测量样品能够导电以及光切显微镜精度不高的问题。通过以下技术方案实现的：步骤一、对不同固体材料粗糙表面特征参数进行模拟计算，即通过三维时域有限差分法求得该固体材料粗糙表面近场的空间电磁场分布；步骤二、通过近远场变换求得远场的复电场，计算镜反射方向的辐射偏振特性，并建立数据库；步骤三、当固体材料生产完成后，对该固体材料表面的光学椭偏参数进行测量，并与数据库比对，得到均方根粗糙度和自相关长度。本发明应用于测量表面粗糙度领域。
【IPC分类】G01B11-30
【公开号】CN104880161
【申请号】CN201510341853
【发明人】裘俊, 冉东方, 金荣, 赵军明, 刘林华
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月18日