一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器制造技術

本發明專利技術涉及一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，屬于納米形貌測量技術領域。由全息激光讀數頭1、全息激光讀數頭2、光學組件、顯微光學物鏡頭、測量樣板、電氣測量系統、CCD攝像機和監視系統組成，其中光學組件實現光線的濾波、準直與分光，包括光學透鏡組1、光學透鏡組2、調節透鏡1、調節透鏡2、調節透鏡3、分光鏡1和分光鏡2。本傳感器結構簡單、關鍵部件價格低廉，以全息激光元件為核心，提出復合式全息激光納米形貌測量傳感器設計結構，將測量范圍提升與測量精度的保持有機地結合起來，可以有效地利用該傳感器配合測量系統提升系統測量的自動控制水平，同時本傳感器具有視頻監視功能，可以滿足多種場合的現場需要。

A composite holographic laser topography measurement sensor

The invention relates to a composite holographic laser nanometer topography measuring sensor, which belongs to the field of nanometer shape measurement technology. Composed of holographic laser reading head 1, holographic laser reading head 2, optical components, optical lens, measurement model, electrical measurement system, CCD camera and monitor system, including optical components to achieve light filtering, collimating and beam splitting, including optical lens group, 1 optical lens group 2, adjusting lens 1, adjusting 2, adjust the lens lenses 3, 1 and 2 spectroscope spectroscope. The sensor has the advantages of simple structure, low price to key parts, laser holographic element as the core, the design structure of composite holographic laser nano topography measurement sensor, measurement range and measurement accuracy will enhance to keep organically, the level of automatic control can effectively use the sensor measuring system with the improvement of measurement system, and the sensor with video monitoring function, can meet the needs of a variety of occasions.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，屬于納米形貌測量

技術介紹
納米尺度復雜結構的零件因其形狀、體積、材料、特性多樣表現出特殊的形貌，測量精度要求相對較高，對其進行準確測量非常困難。納米形貌特征屬于納米技術應用領域中需要測量的關鍵參數，準確的測量結果有助于分析產品的本質特性，質量控制，工藝調整，從而加快生產技術發展的進程。在納米形貌測量中，傳感器的測量準確度和測量范圍通常是矛盾的，選取高精度測量的傳感器往往由于測量范圍的限制嚴重影響測量儀器的自動化水平。對于測量對象形貌特征復雜的樣品，現有這種傳感系統限制了測量速度，導致由于測量原理性原因造成的測量周期過長，在測量周期內的環境因素變化，特別是測量溫度的變化嚴重影響測量結果的準確性，尋求解決測量范圍和測量準確度的有效統一，解決測量速度瓶頸問題，實現納米級表面形貌特征的準確測量，是十分重要的研究任務。全息激光讀數頭內部集成了全息光柵、半導體激光器(LD)、全息傳感器等，具有價格低廉、操作簡便、測量精度高等特點，目前已經廣泛應用于科研、生產與日常生活當中。但由于其測量范圍較小，通常只有幾個微米，無法滿足目前納米相貌快速準確測量的需要。以全息激光元件為核心，提出復合式全息激光納米形貌測量傳感器設計結構，將測量范圍提升與測量精度的保持有機地結合起來，可以有效地利用該傳感器配合測量系統提升系統測量的自動控制水平，解決上述納米形貌測量的技術矛盾。
技術實現思路
本專利技術的目的是為了在提高測量系統掃描測量的效率及自動化水平的同時保留其高分辨力及準確度的特性，提出一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器。本專利技術是通過以下技術方案實現的。本專利技術的一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，由全息激光讀數頭1、全息激光讀數頭2、光學組件、顯微光學物鏡頭、測量樣板、電氣測量系統、CXD攝像機和監視系統組成；其中光學組件實現光線的濾波、準直與分光，包括光學透鏡組1、光學透鏡組2、調節透鏡1、調節透鏡2、調節透鏡3、分光鏡1和分光鏡2 ；全息激光讀數頭1發出的光線經光學透鏡組1和調節透鏡1后變為平行光，然后經分光鏡1、分光鏡2和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；全息激光讀數頭2發出的光線經光學透鏡組2和調節透鏡2后變為平行光，然后經分光鏡2和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；光線從測量樣板反射并經顯微光學物鏡頭后分為三路其中第一路經分光鏡2、 分光鏡1、調節透鏡1和光學透鏡組1后達到全息激光讀數頭1，第二路經分光鏡2、調節透3鏡2和光學透鏡組2后到達全息激光讀數頭2，第三路經分光鏡2、分光鏡1和調節透鏡3 后到達CXD攝像機；全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2測量返回的光學信號，進行光電轉換后輸出對應電信號并將電信號送入電氣測量系統進行后期處理；CXD攝像機將接收到的光學信號轉換為數字的視頻信號并送入監視系統；上述全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2由光源、全息光柵和全息接收器構成， 三者可采用分體的結構形式，也可采用一體的結構形式；上述全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2的光源為紅外線、紅光、藍光或者激光等形式；上述全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2的光源輸出的電信號為數字信號、模擬信號或數字加模擬信號組合的形式；上述全息激光讀數頭1作為納米級形貌的精準測量元件，采用全息激光讀數頭等焦的工作原理，負責提升形貌的測量準確度，用于納米級準確測量；上述全息激光讀數頭2采用全息激光讀數頭離焦的工作原理，負責提升傳感器的工作量程；本專利技術的一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，還可以包含另外的全息激光讀數頭及其配套的光學透鏡組、調節透鏡和分光鏡三種光學組件，另外的全息激光讀數頭工作方式與全息激光讀數頭2的工作方式相同，采用全息激光讀數頭離焦的工作原理，負責提升傳感器的工作量程；本專利技術的一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，也可以在脫離監視系統的情況下工作，此時系統由全息激光讀數頭1、全息激光讀數頭2、光學組件、顯微光學物鏡頭、 測量樣板和電氣測量系統構成，光學組件包括光學透鏡組1、光學透鏡組2、調節透鏡1、調節透鏡2、分光鏡1和分光鏡2。有益效果本傳感器結構簡單、關鍵部件價格低廉，以全息激光元件為核心，提出復合式全息激光納米形貌測量傳感器設計結構，將測量范圍提升與測量精度的保持有機地結合起來， 可以有效地利用該傳感器配合測量系統提升系統測量的自動控制水平，同時本傳感器具有視頻監視功能，可以滿足多種場合的現場需要。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖；其中，1、2分別為全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2 ；3、4分別為光學透鏡組 1和光學透鏡組2 ；5、6、7分別為調節透鏡1、調節透鏡2和調節透鏡3 ；8、9分別為分光鏡1 和分光鏡2 ;10為CXD攝像機；11為顯微光學物鏡頭；12為測量樣板；13為監視系統；14為電氣測量系統；圖2為實施例中所用的全息激光讀數頭工作原理示意圖；其中，15為激光光源；16為全息光柵；17為分光片；18、19為光學透鏡組；20為測量樣板；21為全息接收器；圖3為實施例中全息激光讀數頭測量時位移與輸出電壓的曲線圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步說明。實施例一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，如圖1所示，由全息激光讀數頭1、全息激光讀數頭2、光學組件、顯微光學物鏡頭、測量樣板、電氣測量系統、CXD攝像機和監視系統組成；其中光學組件包括光學透鏡組1、光學透鏡組2、調節透鏡1、調節透鏡2、調節透鏡3、分光鏡1和分光鏡2 ；全息激光讀數頭1發出的光線經光學透鏡組1和調節透鏡1后變為平行光，然后經分光鏡1、分光鏡2和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；全息激光讀數頭2發出的光線經光學透鏡組2和調節透鏡2后變為平行光，然后經分光鏡2和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；光線從測量樣板反射并經顯微光學物鏡頭后分為三路其中第一路經分光鏡2、 分光鏡1、調節透鏡1和光學透鏡組1后達到全息激光讀數頭1，第二路經分光鏡2、調節透鏡2和光學透鏡組2后到達全息激光讀數頭2，第三路經分光鏡2、分光鏡1和調節透鏡3 后到達CXD攝像機；全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2測量返回的光學信號，進行光電轉換后輸出數字信號并送入電氣測量系統進行后期處理；CXD攝像機將接收到的光學信號轉換為數字的視頻信號并送入監視系統；上述全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2由光源、全息光柵和全息接收器構成， 三者采用分體的結構形式，其工作原理如圖2所示；上述全息激光讀數頭1和全息激光讀數頭2的光源為激光；上述全息激光讀數頭1作為納米級形貌的精準測量元件，采用全息激光讀數頭等焦的工作原理，負責提升形貌的測量準確度，用于納米級準確測量；上述全息激光讀數頭2采用全息激光讀數頭離焦的工作原理，負責提升傳感器的工作量程；全息激光讀數頭測量時位移與輸出電壓的曲線圖如圖3所示，其中橫坐標代表測量樣板與全息激光讀數頭的距離，縱坐標代表其輸出的電壓值，其中焦點F位置為測量樣板正好在全息激光讀數頭焦點位置，Lf為位移測量的工作范圍，Vf為對應位移測量的電壓值。以上所述為本專利技術的較佳實施例而已，本專利技術不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本專利技術所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本專利技術保護的范圍。權利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種復合式全息激光納米形貌測量傳感器，由全息激光讀數頭１、全息激光讀數頭２、光學組件、顯微光學物鏡頭、測量樣板、電氣測量系統、ＣＣＤ攝像機和監視系統組成；其中光學組件實現光線的濾波、準直與分光，包括光學透鏡組１、光學透鏡組２、調節透鏡１、調節透鏡２、調節透鏡３、分光鏡１和分光鏡２；全息激光讀數頭１發出的光線經光學透鏡組１和調節透鏡１后變為平行光，然后經分光鏡１、分光鏡２和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；全息激光讀數頭２發出的光線經光學透鏡組２和調節透鏡２后變為平行光，然后經分光鏡２和顯微光學物鏡頭后聚焦到測量樣板；光線從測量樣板反射并經顯微光學物鏡頭后分為三路：其中第一路經分光鏡２、分光鏡１、調節透鏡１和光學透鏡組１后達到全息激光讀數頭１，第二路經分光鏡２、調節透鏡２和光學透鏡組２后到達全息激光讀數頭２，第三路經分光鏡２、分光鏡１和調節透鏡３后到達ＣＣＤ攝像機；全息激光讀數頭１和全息激光讀數頭２測量返回的光學信號，進行光電轉換后輸出對應電信號并將電信號送入電氣測量系統進行后期處理；ＣＣＤ攝像機將接收到的光學信號轉換為數字的視頻信號并送入監視系統；上述全息激光讀數頭１為納米級形貌的精準測量元件，采用全息激光讀數頭等焦的工作原理，全息激光讀數頭２采用全息激光讀數頭離焦的工作原理。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱振宇，王霽，任冬梅，李華豐，焦小康，張文軍，
申請(專利權)人：中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所，
類型：發明
國別省市：11