三维形貌测量及功能评定技术研究现状-论文.pdf

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1、轻工科技2014年3月第3期(总第184期)LGHTNDusTRYscENcEANDTECHNOLOGY机械与电气三维形貌测量及功能评定技术研究现状陆广华，许桢英，蒋素琴，李伯奎。(南京理工大学泰州科技学院，江苏泰州225300；2．江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013；3．淮阴ST_学院机械工程学院，江苏淮安223001)【摘要】根据检测技术原理的不同，对三维形貌测量技术进行归类、分析和比较，列举各技术的应用情况。此外，分别从基准面的表征、图像表征、参数表征等几个方面，对目前三维形貌的表征方法进行综述，并分析和比较各种方法的特点及国内外相关

2、研究。最后，提出三维形貌测量和表征的一些不足。【关键词】三维形貌；功能评定；三维测量【中图分类号】TG84【文献识别码】A【文章编号12095—3518(2014)03—40—021引言米级和超纳米级。这两种测量方法与传统触针法的主要区别在随着产品表面质量要求的提高和精密超精密加工技术的发于位移的产生方式不同，且不直接与被测物体接触。原子尺度展，三维形貌检测技术越来越受到人们的重视。表面形貌(或称系统中，因压电驱动响应的滞后和小的扫描区域尺寸(1gm)，探表面微观几何形态)，指工件在加工过程中受各种因素影响和作针的相对运动可以被精确的监控。而传统的

3、触针法，由于其运用下，在被加工面上残留下来的各种不同形状和尺寸的微观几动由机械装置提供，易受弹性、热变形、寻找位置的不确定性、机何形态。表面形貌不但与加工过程中的加工方法和工艺参数紧械零件的线性缺陷等影响，导致误差较大。由于原子力显微镜密相关，而且其纹理特征是决定零部件使用性能的主要因素之测量样品表面时易产生形貌测量偏差，徐金明和白以农在研究一引起形貌测量偏差机理的基础上，经数值计算发现通过引入高。表面粗糙度、波度、形状误差和多尺度是评价表面三维轮廓的主要参数。在机械、电子、生物医学制造等领域，制件表面形频信号与低频信号叠加作为新的形貌测量信号可以

4、近似避免这貌对产品性能、使用寿命、成品率等产生重要影响n。一类形貌测量偏差，并通过外加弹簧的方法，在实验测量中方便地提取了矩形截面悬臂梁震动的高频信号。中国计量科学研2三维形貌测量技术研究究院设计并搭建了一台计量型原子显微镜用于纳米几何结构的对零件表面三维形貌的检测是获取零件表面形态特征的一测量，其测量误差不到1nmt。种重要手段，通过测量三维表面形貌的各种参数信息，实现对其2．3光学探针式测量方法综合性能的评定，为制定合理的制造工艺和制造高质量的产品光学探针是把聚焦光束当作探针，利用不同光学原理，通过提供指导和理论依据。逐点扫描的方法来检测被测表

5、面相对于聚焦光学系统的微小间2．1机械探针式测量方法距变化。具有方便、快捷、简单、无损伤等优点，但也存在信息量机械探针式测量方法具有稳定性和可靠性高、测量动态范大、测量时间长、调焦系统高、价格昂贵等不足。其工作特点跟触围大、价格便宜等优点，但也存在易损伤被测物体的表面和测量针式一样，采用逐点扫描，根据光学原理的不同，可分为物理光学头、结构复杂、需对测头进行半径补偿、不能测量软质材料、测量探针和几何光学探针。物理光学探针是运用干涉原理的光点式时间长等缺点。其工作原理是：针尖与被测表面接触，传感器将探测技术，通过光斑(光探针)感受被测信息，用干涉法实现

6、测量；触针的垂直运动转换为电信号，再通过A／D转换变为数字信号，几何光探针则是通过像平面位置来检测表面的形貌特征。由文经计算机分析最终得到被测体的表面形貌。李伯奎等人设计了献知，英国国家物理实验室M．J．Downs等人基于双折射双焦干一种新型触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，能实现对单涉技术，提出了“超光滑表面形貌轮廓仪”原理，并设计出双焦干一轴向位置的精确、快速定位和精确扫描】。WHITEHOUSED涉轮廓仪，其垂直分辨力为0．1nm。日本OLYMPUS公司开发出J研究了通过优化阻尼因素来提高横向移动速度，实验表明阻尼来的LEXT型共焦扫描显微

7、镜，通过针孔方式实现共焦，然后被光因素为0．59或在优化的宽带信号值附近时移动速度得到提高，电探测器接收。该装置通过红外光系统不但能测定IC芯片背面通过建立能够确定触针是否承受过压的判断，使触针不会引起的立体形状，而且能实现高分辨力快速定位的检测。表面损伤。2．4位相干涉测量方法2．2扫描探针显微镜丑修建等人设计研发了Linnik结构红外光干涉系统，利用目前应用比较广泛的是原子尺度的触针技术，如扫描隧道红外光在半导体材料中的投射性和扫描干涉法，对具有三层台显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)，其分辨精度已经达到纳阶结构的微器件进行了无损三维形貌

8、测试。实验结果表明，该【第一作者】陆广华(1980一)，男，江苏泰州人，工学硕士，助教，研究方向：CAD／CAE／CAM。