光學檢測儀和激光干涉儀
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表面粗糙度是表面形貌的反映,是被測表面的微觀不平整度,是被加工表面上的較小間距范圍內(nèi)由峰谷構成的微觀幾何形狀的反映,是光學加工者和使用者最關心的表面特性之一。表面粗糙度越小,則表面越光滑。
圖1 表面粗糙度
輪廓算術平均偏差 Ra是在一個取樣長度內(nèi)縱坐標值絕對值的算數(shù)平均值。在實際測量中,測量點的數(shù)目越多,Ra越準確。Ra充分反映表面微觀幾何形狀高度方面特性,故我們在幅度參數(shù)常用范圍內(nèi)優(yōu)先選用Ra。
輪廓均方根偏差Rq是在一個取樣長度內(nèi)縱坐標值的均方根值。
輪廓總高度Rt是在一個評定長度內(nèi)最大輪廓峰高和最大輪廓谷深之和,此值等于現(xiàn)在常用的PV。
在對光學元件表面粗糙度進行測量時,一般有兩種不同的測量原理與測量儀器,一種是機械觸針式,另一種是光學非接觸式。
機械觸針式輪廓儀(如圖2所示)一般都是由金剛石探測接觸被測表面,通過平移被測件,根據(jù)杠桿放大原理將探針沿表面的起伏傳送到處理系統(tǒng),描繪出表面輪廓線,從而給出被測表面的Ra、Rt、Rq等參數(shù),這是屬于一維的、接觸式的測量,測量過程較為麻煩,不易操作。
圖2 機械觸針式表面輪廓儀
光學非接觸式輪廓儀從原理上可分為兩種:一是提供表面三維(3D)圖層析圖的方法;另一種是提供表面定量統(tǒng)計信息的光散射法。
圖3 我司所研制的白光輪廓儀
在這里我們選用我司所研制的光學非接觸式輪廓儀——白光輪廓儀(如圖3所示)來對光學元件表面進行粗糙度的測量,選用光盤作為被測件。其原理是利用光波干涉原理測量表面輪廓,通過測量受物體表面形貌調(diào)制而變化的光程差(干涉波前相位差) 在整個光場中的空間起伏變化,解算得到表面形貌。白光光源具有相干長度較短,零級條紋對比度明顯,易被觀測的優(yōu)點。其測量結(jié)果如下圖4所示。
圖4 元件表面粗糙度測量結(jié)果
在對元件表面粗糙度進行分析時,我們主要看測量結(jié)果中形貌測量中的Ra值 ,它能充分反映表面微觀幾何形狀高度方面特性,Ra數(shù)值越小,代表被測元件表面粗糙度越小,表面越光滑。同時,我們還可通過一維圖更直觀的地看出所測部分元件表面的粗糙度程度,還可移動屏幕上的兩條綠線,將一條綠線放到藍色曲線的最低點,另一條放到紅色曲線的最高點,得到所需部分的峰谷差值。
經(jīng)過大量實驗測量證明,該白光輪廓儀操作簡單,易于上手,軟件功能齊全,測量精準,是國內(nèi)首屈一指的光學元件表面粗糙度測量裝置。