CN1815139A - 表面形貌分析***及其分析方法 - Google Patents

表面形貌分析***及其分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1815139A
CN1815139A CNA2005100331414A CN200510033141A CN1815139A CN 1815139 A CN1815139 A CN 1815139A CN A2005100331414 A CNA2005100331414 A CN A2005100331414A CN 200510033141 A CN200510033141 A CN 200510033141A CN 1815139 A CN1815139 A CN 1815139A
Authority
CN
China
Prior art keywords
surface topography
microscopic observation
platform
workpiece
catoptron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2005100331414A
Other languages
English (en)
Inventor
黄全德
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Original Assignee
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd, Hon Hai Precision Industry Co Ltd filed Critical Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority to CNA2005100331414A priority Critical patent/CN1815139A/zh
Priority to US11/336,241 priority patent/US7251988B2/en
Publication of CN1815139A publication Critical patent/CN1815139A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/28—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B11/303—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces using photoelectric detection means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供一种表面形貌分析***，其包括一表面轮廓测量仪；一用于安置工件的承载平台；一X－Y－Z平台，用于调整承载平台的空间三维位置；以及一显微观测***。其中，该显微观测***包括一反射镜和一显微观测仪器，所述反射镜用于将工件表面形貌影射到显微观测仪器中。本发明还提供利用上述***的表面形貌分析方法。本发明所提供的表面形貌分析***通过在工件与显微观测仪器之间设置一反射镜，使显微观测仪器能准确定位待测量的表面区域，以实现表面形貌的定位测量。该表面形貌分析***可广泛应用在导光板和透镜模仁等工件的表面形貌分析。

Description

表面形貌分析***及其分析方法
【技术领域】
本发明关于一种测量***，特别涉及一种工件表面微细结构的接触式表面形貌分析***及其分析方法。
【背景技术】
在机械加工中，表面特征的研究是控制机械零件表面质量的主要内容，而表面粗糙度是表面特征的重要技术指针之一。随着机械加工工艺水平的提高，对零件的表面微细结构质量提出了越来越高的要求，如导光板网点和非球面透镜模仁的外形轮廓，其表面粗糙度已达微米量级，如何对其进行测量分析已成为全球学者研究的主要课题。
通常对于工件外形轮廓的测量方法，一般分为接触式与非接触式两种方式。接触式测量方法是以探针或探头、传感器等组合而成的接触式机械装置，逐点地接触待测表面，执行工件外形轮廓的尺寸测量。非接触式测量方式有多种不同测量技术，大都需配合影像处理技术。而自从扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope，SPM)出现后，各类扫描探针显微镜已成为测量超精密表面粗糙度的有力手段，并发挥出技术优势。目前，较精密的表面形貌测量仪器为原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)，其采用近场光学显微技术，能获得较高精度的表面轮廓，如美国专利5,329,808和5,224,376。但是，其配备设备成本相当昂贵，结构复杂，不符合经济效益，难以实现大范围的应用。
为降低表面形貌分析仪的成本，适应广泛应用的需求，2004年11月1日公告的中国台湾第092221376号专利揭示一种纳米级表面轮廓分析仪。请参阅图1，该表面轮廓分析仪7包括：一X-Y平台71，藉由一驱动装置(图未示)并配合一光学读取头711对一光学记录媒体712循轨聚焦时的带动，使其产生位移；一探测机构72，设在XY平台71的上方，用以测量设置在XY平台71上的待测工件721的表面轮廓；一Z轴位移***73，可将探测机构72夹固其中，带动探测机构72的位移；一讯号处理模块74，其与探测机构72连接，可将探测机构72测得的讯号资料加以运算。该表面轮廓分析仪7藉由XY平台的精密位移，并配合一具有纳米分辨率的Z轴位移***带动，可获得高精度的表面轮廓资料，并具有降低成本的功效。但是，其仅能获得一维的纳米级表面轮廓资料，不能对表面轮廓进行全面的分析，而且该分析仪采用光学聚焦观测***，容易受探针的影响，不能准确定位分析表面的微细结构。而采用高精密度显微观测***的表面形貌分析***又都很昂贵，大多为光学非接触式测量。
有鉴于此，提供一种具有普通显微观测***，观测时不受探针的影响，能准确定位测量工件表面形貌的表面形貌分析***实为必要。
【发明内容】
为克服现有技术的表面形貌分析***中观测***容易受探针的影响，因而无法准确定位测量工件表面的微细结构之不足，本发明的目的在于提供一种具有普通显微观测***，观测时不受探针的影响，能准确定位测量工件表面形貌的表面形貌分析***。
本发明的第二目的在于提供一种表面形貌分析方法。
为实现上述第一个目的，本发明提供一种表面形貌分析***，其包括一承载平台，用于安置工件；一X-Y-Z平台，用于调整承载平台的空间三维位置；一显微观测***，用于选定工件表面的待测区域，其包括一设在承载平台一侧且与其成一定倾角的反射镜和一显微观测仪器，所述反射镜用于形成工件表面形貌的镜像，所述显微观测仪器用来观测所述镜像；以及一表面轮廓测量仪，其用于探测所述待测区域的表面形貌。
其中，所述反射镜背面设有一调整所述反射镜与承载平台所成倾角的活动支座。
所述表面轮廓测量仪精确度为0.1微米级。
所述显微观测仪器选自微米量级显微镜。
所述表面形貌分析***用于导光板网点或透镜模仁的表面形貌分析。
为实现上述第二个目的，本发明提供一种表面形貌分析方法，其包括以下步骤：
固定工件在一X-Y-Z平台的承载平台上；
采用一显微观测仪器观测工件表面形貌在一位于承载平台一侧且与其成一定倾角的反射镜中所成的镜像；
根据所述镜像，移动X-Y-Z平台，定位出工件表面上待测区域；
根据所述镜像，操纵一表面轮廓测量仪探测所述待测区域；
由表面轮廓测量仪输出数据，并记录结果。
另外，在所述显微观测的同时调整反射镜与承载平台所成的倾角，所述倾角调整通过在反射镜背面设置一活动支座来实现。
所述显微观测的同时在X轴、Y轴或Z轴方向移动X-Y-Z平台。
所述表面轮廓测量仪精确度为0.1微米级。
所述显微观测仪器选自微米量级显微镜。
所述表面形貌分析方法用于分析导光板网点或透镜模仁的表面形貌。
与现有技术相比，本发明所提供的表面形貌分析***通过在工件与显微观测仪器之间设置一反射镜，藉以将工件的表面轮廓影射到观测仪器中，通过显微观测仪器观测到的由反射镜传送的表面轮廓镜像，配合调整X-Y-Z平台，能准确定位待测量的表面区域，实现表面轮廓的定位测量。
而且，本发明所提供的表面形貌分析***采用普通表面轮廓仪和普通显微观测仪器，可大幅降低其成本。
【附图说明】
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是现有技术的表面形貌分析***示意图。
图2是本发明的表面形貌分析***示意图。
图3是本发明的表面形貌分析***用于导光板网点测量的实施例。
图4是本发明的表面形貌分析***用于透镜模仁表面测量的实施例。
【具体实施方式】
请参阅图2，为本发明提供的表面形貌分析***结构示意图。该表面形貌分析***10包括一表面轮廓测量仪11；一用于安置工件17的承载平台12；一X-Y-Z平台13；一位于承载平台12上方的显微观测仪器14；以及一设在承载平台12上并与其成一定倾角的反射镜15。其中，表面轮廓测量仪11采用一般表面轮廓分析仪，其具有一探针18，用于探测工件17的表面形貌。X-Y-Z平台13用于调整承载平台12的空间三维位置，从而可任意选择工件17的待测量区域。反射镜15与显微观测仪器14组成显微观测***，显微观测仪器14可通过工件17的表面形貌在反射镜15上所成镜像，侧面观测工件17的表面形貌，避免正面观测时受探针18的干扰。另外，在反射镜15背面设置一支座16，藉以调整反射镜15与承载平台12的倾角，如采用高度可调支脚(图未示)，即可实现该倾角自由调整，使工件17的表面形貌能准确清晰地影射到显微观测仪器14中。
在本实施例中，表面轮廓测量仪11采用Surftest SJ-400型仪器(日本三丰公司产品)，该仪器可精确到微米量级，工件17选择导光板或透镜模仁，显微观测仪器14采用能达到微米量级的显微镜，以测量导光板网点或透镜模仁的表面形貌。下面结合导光板或透镜模仁表面形貌的测量实施例，来说明本发明的表面形貌分析***10的分析方法。
请结合图2参阅图3，图3为本发明的表面形貌分析***10应用于导光板网点测量的实施例。鉴于导光板网点大小按一定规则分布，如越接近光源网点越小，因而本实施例分别选择最大网点区域、最小网点区域以及二个中间网点区域共四个网点区域，分别说明表面形貌分析***10的定位测量。测量时，先将导光板19固定在承载平台12上，并将具有网点的表面朝上，先对最大网点区域进行测量，即远离光源的网点。寻找方法为：利用显微观测仪器14观测工件17表面形貌在反射镜15中所成的镜像(如图2箭头所示)，该反射镜位于承载平台一侧且与其成一定倾角，并与显微观测仪器14组成显微观测***；根据工件17表面形貌的镜像，在XYZ任一方向移动X-Y-Z平台，定位出最大网点区域，如图3放大部分A所示；然后根据区域A的镜像，操纵表面轮廓测量仪14的探针18沿X轴方向移动，分别探测到两个测量点A1和A2，由表面轮廓测量仪11输出其在Z轴方向的坐标值等数据，即可推知其相对深度，测得A系列数据列于表1中。再按上述同样方法，先用显微观测***观测，并配合移动X-Y-Z平台，在导光板19相对于最大网点区域的另一端，即靠近光源区域，定位出最小网点区域，如图3放大部分B所示；再在显微观测***的观测监控下，操纵表面轮廓测量仪11的探针18探测网点，由于靠近光源的网点较小分布较密集，因而在该区域B内捕获B1、B2和B3三个测量点。然后由表面轮廓测量仪11输出B1、B2和B3在Z轴方向的坐标值等数据，即可推知其相对深度，测得B系列数据列于表1中。然后随机选取中间区域C和D，其中C区域捕获有四个测量点，D区域有三个测量点，采用上述同样方法分别测量出C、D系列数据同列于表1中。
表1A、B、C、D四个系列各测量点深度数据
系列 对应区域 测量点1/μm 测量点2/μm 测量点3/μm 测量点4/μm 平均(μm)
  A系列   最大网点  31.51  32.01  ---  ---   31.76
  B系列   最小网点  29.44  29.07  29.06  ---   29.17
  C系列   中间网点  31.97  31.29  32.20  32.76   32.06
  D系列   中间网点  30.01  30.91  30.40  ---   30.44
从表中可看出，由表面形貌分析***10所测出的数据可达到微米量级，通过这些系列数据即可评价该导光板19的表面形貌，并且能做到定位测量，根据测量所得数据，还可分析导光板19网点分布或缺陷情况等相关性能。
请结合图2参阅图4，图4为本发明的表面形貌分析***10应用于透镜模仁测量的实施例。与导光板19网点测量方法相同，先将透镜模仁20固定在承载平台12上，移动X-Y-Z平台13，并配合显微镜14观测由反射镜所成的透镜模仁20表面形貌镜像，根据该镜像选定一凹面区域，如图4放大部分E所示。然后观测该区域镜像，选择三个特定点E1、E2和E3，如E2为该凹面最底端；再操纵表面轮廓测量仪11的探针18沿X轴方向移动，很快可探测出E1、E2和E3三点Z轴方向的坐标值。然后由表面轮廓测量仪11输出相应数据，即可推知其相对深度，测得E系列数据列于表2中。表2结果显示，该透镜模仁凹面深度，即E2点的Y坐标值为132.6微米，结合表中其他数据，即可对该透镜模仁20的相关性能进行考察和分析。
表2E1、E2和E3三点坐标(X，Z)
  测量点   X坐标值/mm   Y坐标值/μm
  E1   1.29   8.1
  E2   0.65   132.6
  E3   0.39   12.6
由上述两个实施例可知，本发明的表面形貌分析***10通过在工件17与显微观测仪器14间设置一反射镜15，藉以将工件17的表面形貌在反射镜15中形成镜像，通过显微观测仪器14观测其镜像，配合X-Y-Z平台13的移动，即可迅速准确定位待测量的表面，避免无观测***的盲目搜寻，或者无反射镜时，正面观测时受探针18遮挡而影响观测效果。而且该反射镜底部设有一活动支座16，使反射镜15与承载平台12所成的倾角可调，从而使显微仪器14能迅速精确选择所需测量位置，实现表面形貌的定位测量。而且，本发明所提供的表面形貌分析***10采用普通表面轮廓仪和普通显微观测仪器，与原子力显微镜的高成本设备相较，其成本大幅度降低。

Claims (9)

1.一种表面形貌分析***，其包括：一用于安置工件的承载平台；一X-Y-Z平台，用于调整承载平台的空间三维位置；一显微观测***，用于选定工件表面的待测区域；以及一表面轮廓测量仪，用于探测所述待测区域的表面形貌；其特征在于：所述显微观测***包括一设在承载平台一侧且与其成一定倾角的反射镜和一显微观测仪器，所述反射镜用于形成工件表面形貌的镜像，所述显微观测仪器用来观测所述镜像。
2.如权利要求1所述的表面形貌分析***，其特征在于：所述反射镜背面设有一调整所述反射镜与承载平台所成倾角的活动支座。
3.如权利要求1所述的表面形貌分析***，其特征在于：所述表面轮廓测量仪精确度为0.1微米级。
4.如权利要求1至3任一项所述的表面形貌分析***，其特征在于：所述显微观测仪器选自微米量级显微镜。
5.如权利要求1所述的表面形貌分析***，其特征在于：所述表面形貌分析***用于导光板网点或透镜模仁的表面形貌分析。
6.一种表面形貌分析方法，其包括以下步骤：
固定工件在一X-Y-Z平台的承载平台上；
采用一显微观测仪器观测工件表面形貌在一位于承载平台一侧且与其成一定倾角的反射镜中所成的镜像；
根据所述镜像，移动X-Y-Z平台，定位出工件表面的待测区域；
根据所述镜像，操纵一表面轮廓测量仪探测所述待测区域；
由表面轮廓测量仪输出数据，并记录结果。
7.如权利要求6所述的表面形貌分析方法，其特征在于：所述显微观测的同时调整反射镜与承载平台所成的倾角。
8.如权利要求7所述的表面形貌分析方法，其特征在于：所述倾角调整通过在反射镜背面设置一活动支座来实现。
9.如权利要求6所述的表面形貌分析方法，其特征在于：所述显微观测的同时在X轴、Y轴或Z轴方向移动X-Y-Z平台。
CNA2005100331414A 2005-01-31 2005-01-31 表面形貌分析***及其分析方法 Pending CN1815139A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2005100331414A CN1815139A (zh) 2005-01-31 2005-01-31 表面形貌分析***及其分析方法
US11/336,241 US7251988B2 (en) 2005-01-31 2006-01-20 Topography analyzing system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2005100331414A CN1815139A (zh) 2005-01-31 2005-01-31 表面形貌分析***及其分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1815139A true CN1815139A (zh) 2006-08-09

Family

ID=36758235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005100331414A Pending CN1815139A (zh) 2005-01-31 2005-01-31 表面形貌分析***及其分析方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7251988B2 (zh)
CN (1) CN1815139A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101413787B (zh) * 2007-10-18 2010-06-23 财团法人工业技术研究院 可调整倾角的形貌检测装置
CN102507985A (zh) * 2011-11-01 2012-06-20 浙江大学 用于测量具有垂直侧壁微结构的扫描隧道显微镜倾斜测量方法
CN106370133A (zh) * 2015-07-24 2017-02-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种湿态原位表征水凝胶微球表面形貌的方法
CN108689616A (zh) * 2017-04-12 2018-10-23 福特全球技术公司 使用形貌控制粘合性的方法
CN109642862A (zh) * 2016-07-01 2019-04-16 伊利诺斯工具制品有限公司 用于原位3轴扫描和检测在静态和循环测试下对象中的缺陷的集成***和方法
CN109900192A (zh) * 2019-03-13 2019-06-18 昆山市建设工程质量检测中心 一种装配式混凝土预制构件结合面粗糙度检测装置和方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7810372B1 (en) * 2007-10-01 2010-10-12 Colgate-Palmolive Company Payout-glide-flakeoff apparatus for characterizing deodorant and antiperspirant sticks

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5473157A (en) * 1994-03-22 1995-12-05 At&T Corp. Variable temperature near-field optical microscope
JP3425615B2 (ja) * 1994-03-24 2003-07-14 科学技術庁長官官房会計課長 走査型近視野原子間力顕微鏡
US5859364A (en) * 1995-06-05 1999-01-12 Olympus Optical Co., Ltd. Scanning probe microscope
DE19841931C2 (de) * 1998-09-14 2002-06-20 Zeiss Carl Jena Gmbh Mikroskop für die optische Nahfeldmikroskopie
WO2002071412A1 (en) * 2001-03-02 2002-09-12 Northwestern University Enhanced scanning probe microscope
US6737646B2 (en) * 2001-06-04 2004-05-18 Northwestern University Enhanced scanning probe microscope and nanolithographic methods using the same

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101413787B (zh) * 2007-10-18 2010-06-23 财团法人工业技术研究院 可调整倾角的形貌检测装置
CN102507985A (zh) * 2011-11-01 2012-06-20 浙江大学 用于测量具有垂直侧壁微结构的扫描隧道显微镜倾斜测量方法
CN106370133A (zh) * 2015-07-24 2017-02-01 中国科学院大连化学物理研究所 一种湿态原位表征水凝胶微球表面形貌的方法
CN106370133B (zh) * 2015-07-24 2019-01-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种湿态原位表征水凝胶微球表面形貌的方法
CN109642862A (zh) * 2016-07-01 2019-04-16 伊利诺斯工具制品有限公司 用于原位3轴扫描和检测在静态和循环测试下对象中的缺陷的集成***和方法
US11041789B2 (en) 2016-07-01 2021-06-22 Illinois Tool Works Inc. Integrated system and method for in-situ 3-axis scanning and detecting defects in object under static and cyclic testing
CN109642862B (zh) * 2016-07-01 2021-12-24 伊利诺斯工具制品有限公司 用于原位3轴扫描和检测在静态和循环测试下对象中的缺陷的集成***和方法
CN108689616A (zh) * 2017-04-12 2018-10-23 福特全球技术公司 使用形貌控制粘合性的方法
CN108689616B (zh) * 2017-04-12 2022-09-23 福特全球技术公司 使用形貌控制粘合性的方法
CN109900192A (zh) * 2019-03-13 2019-06-18 昆山市建设工程质量检测中心 一种装配式混凝土预制构件结合面粗糙度检测装置和方法
CN109900192B (zh) * 2019-03-13 2024-06-07 昆山市建设工程质量检测中心 一种装配式混凝土预制构件结合面粗糙度检测装置和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20060174383A1 (en) 2006-08-03
US7251988B2 (en) 2007-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108225213B (zh) 自由曲面非接触降维误差分离检测方法与装置
CN1815139A (zh) 表面形貌分析***及其分析方法
CN108267095A (zh) 自由曲面形貌双边错位差动共焦检测方法与装置
US20180024035A1 (en) Apparatus for In-Line Testing and Surface Analysis on a Mechanical Property Tester
CN101105389A (zh) 高精度非接触三维面型测量装置
CN1680073A (zh) 机械加工设备
CN104049111A (zh) 基于双探针原子力显微镜的纳米卡尺及采用该纳米卡尺测量微纳米结构关键尺寸的方法
CN108362221A (zh) 一种自由曲面形貌纳米精度检测方法与装置
US7350404B2 (en) Scanning type probe microscope and probe moving control method therefor
CN109059810B (zh) 固结磨料磨具表面地貌检测方法及装置
Chen et al. On-machine measurement of microtool wear and cutting edge chipping by using a diamond edge artifact
Zhu et al. Scanning tunneling microscopy-based on-machine measurement for diamond fly cutting of micro-structured surfaces
CN101504273B (zh) 物体平面微、纳米尺寸的测量装置及其测量方法
Zhu et al. On-machine measurement of a slow slide servo diamond-machined 3D microstructure with a curved substrate
Gao et al. Precision and fast measurement of 3D cutting edge profiles of single point diamond micro-tools
US9428384B2 (en) Inspection instrument
CN110954019B (zh) 基于基准平面比较测量的大倾角自由曲面测量方法及装置
Chen et al. Self-evaluation of the cutting edge contour of a microdiamond tool with a force sensor integrated fast tool servo on an ultra-precision lathe
Gao et al. Experiments using a nano-machining instrument for nano-cutting brittle materials
KR101244264B1 (ko) 형상 측정기
CN102707094B (zh) 一种三扫描器原子力显微扫描检测装置
Matsukuma et al. Design and construction of a low-force stylus probe for on-machine tool cutting edge measurement
Osawa et al. Cutting edge height measurement of a rotary cutting tool by a laser displacement sensor
CN110954020B (zh) 基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量方法及装置
JP5292668B2 (ja) 形状測定装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication