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白光干涉仪测量结果不准确的原因分析及解决措施
admin 2023-11-17 10:25:00 次浏览1 外部环境
由于白光干涉仪为微纳米级测量,外部环境(如灰尘、震动、噪声和环境气流等)对测量结果均会产生显著影响,如灰尘进入光路系统会影响成像震动和过大的噪音会直接影响3D图像的重建,造成测量重复性低、准确度差。因此,测量时应在恒温恒湿的环境内,放置于独立地基或其他隔振平台上,目测量前应先进行环境噪声评价,确保室内噪声≤70dB。
此外,由于质量较轻的薄片类被测件的测量对环境气流较为敏感,测量时应尽量减少气流的影响。因此在实际使用中,可在测量前观察Z轴示值变动,差值≤3nm,则表明外部环境良好,可开展测量工作。
2 被测件表面反射率低或斜率过大
白光干涉技术是指光路通过干涉物镜后,分为参考光和测量光。其中测量光是经被测样品表面反射后,与参考光发生干涉,将带有被测件表面信息的干涉图像用面阵相机连续采集,再用分析软件重建3D图像。若被测件表面反射率较低或斜率较大,则部分区域会因为光亮度不足而丢失数据,并反映至3D图像上,即会产生一些扫描不到的孔洞区域。
当孔洞位于非测量区域时,可通过软件进行孔洞填充,即根据孔洞区域邻近的曲线计算填充曲线,使填充后的曲线与原始曲线光滑过度;当孔洞位于测量区域时,孔洞填充可能会使3D图像失真,造成测量结果不准确。因此,可通过适当提高光源亮度或调整载物台角度,使被测件表面尽可能与光路垂直,再进行测量。
3 仪器参数设置不当
白光干涉仪扫描前,需根据被测件表面质量设置光源亮度、图像像素等。扫描完成后,将重建的3D图像通过分析软件进行摆正、滤波、提取区域等处理,使用分析工具进行台阶高、表面轮廓及表面粗糙度等参数的测量分析。
仪器参数设置不当会对结果造成很大影响,如:
(1)若光源亮度较低,则会使3D图像产生丢失数据的孔洞;若光源亮度较大,则会出现过曝,使3D图像噪点增加。
(2)若图像像素设置较低,则会降低测量精度;若图像像素设置较高,则会降低处理速度。因此,建议只对表面质量较好、测量行程较短的被测件适当提高图像像素。
测量分析前,一般需对3D图像进行校平处理其中,最小二乘法适用于表面纹理不规则的被测件的轮廓校平;最小区域法适用于几何轮廓的校平。对3D图像进行空间滤波时,由于不同滤波参数及函数测量结果差异显著,因此,需根据相应的规程规范或国家标准选择。当3D视图中测量区域有些许噪点时,可通过修描等,将其平滑或去除,但需注意:当处理闯值参数设置越大,去除的噪声点数越多时图像越失真。
4 设备未定期维护
为保证测量精度,白光干涉仪长时间使用后,需用硅晶片和台阶高标准样块分别进行波长校准和Z向校准。但实际使用时,操作人员往往会忽略该操作,从而造成测量结果不准确。由于白光干涉仪属于高精密测量仪器,对环境要求较高,因此在使用过程中,建议操作人员定期对仪器进行以下操作:
(1)检测视场照明均匀度,保证光路清晰,无灰尘等异物进入;
(2)检查条纹面与成像面是否共面,保证干涉物镜中光学镜片无松动、未发生位移
(3)使用经过溯源的台阶高度标准样块进行校准,保证测量结果准确可靠。
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