基于高精度位移平台的白光干涉仪及其应用

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白光干涉仪作为一种具有非接触,高精度,高检测速度等优点的测量手段近年来被广泛应用于目标物厚度测量及表面轮廓扫描上。随着干涉技术的逐步发展,其研究方向逐渐聚焦于提高检测精度及增加检测厚度等方面上。当玻璃板的厚度在几毫米范围内时,由于玻璃板的强色散效应,白光干涉信号会出现复杂的波形,在扫描干涉仪中,干涉信号的宽度沿扫描方向变大,其振幅变小。为了解决这一问题,需要使用补偿玻璃来降低色散效应,同时需要得到几毫米长扫描范围内的精确扫描位置。在本文中我们利用这一方法对几毫米厚的玻璃板进行了厚度测量。在光谱干涉仪中,沿波数分布的干涉信号与正弦信号相似,其周期与玻璃板的厚度及光程差成反比。干涉信号的形变取决于由玻璃板厚度产生的色散效应。因此通常需要使用高分辨率的光谱仪来检测复杂的干涉信号。我们提出了一种使用低分辨率光谱仪对较厚玻璃板进行厚度测量的方法。本学位论文描述了光谱干涉仪和扫描干涉仪的理论,并通过实验阐明了干涉仪的特点,具体研究内容为:(1)研究了白光干涉信号中包含的色散和玻璃板厚度之间的关系,为了消除色散效应,我们在参考臂引入了一块与被测玻璃材质相同,大小厚度相似的补偿玻璃来消除色散的影响。(2)讨论了压电陶瓷位移台非匀速运动对白光扫描干涉信号分布的影响。通过对单色光信号的处理来得到白光干涉信号的实际位置信息,从而提高测量精度。(3)设计了一种白光扫描干涉仪来实现大厚度物体的厚度及形貌测量,基本装置是在样品臂及参考臂内分别安置两个参考镜,通过移动参考臂内的参考镜来进行扫描,从而完成目标物的形貌及厚度检测。(4)设计了一种白光光谱干涉仪来测量目标物的厚度,可以直接对厚度在1mm以下的玻璃进行厚度测量。并通过改变测量步骤以及在参考臂内添加补偿玻璃的方法实现了对5mm厚玻璃板的厚度测量。
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