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超精密加工团队实现了纳米级精度的表面形貌抗振动测量
信息来源:挑战团队作者: 刘乾发布日期: 2018-08-16浏览次数:4888次
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近日,挑战团队对超精密加工表面进行了微观形貌的干涉测量实验,在搭建的实验平台上实现了振动干扰下的测量,表面粗糙度测量达到了纳米精度的水平。

搭建的干涉测量装置采用低成本的非相干光照明获得了高信噪比的干涉条纹,对超精密车削加工的样件(粗糙度约29nm)进行了测量(图1)。本方法与传统的白光干涉方法相比,测量的表面形貌在空间分布和高度上均具有非常高的一致性(图2)。本方法测量的表面刀纹周期约为0.028mm,刀纹幅度约0.1μm。使用商品白光干涉仪测量同一样件(不同位置),刀纹周期约为0.025mm,刀纹幅度约0.08μm(图3)。两次测量结果具有很高的一致性。

在振动下,本方法测量的表面轮廓与真实表面具有非常高的吻合度。在同样的振动下,采用传统的方法测量的表面形貌有很明显的条纹误差干扰,使得测量结果显著偏离了表面的真实形貌(图3)。,采用实验装置对0-20Hz频段的振动(0.2μm幅度)对测量结果的影响进行了统计实验:每种振动下测量表面16次,计算表面粗糙度的平均值与标准差。从测量结果(图4)来看:面粗糙度的测量误差小于1nm,表明本方法具有高的测量精度;测量的标准差小于0.5nm,表明本方法具有高的重复性。而且在0-20Hz(自然界的低频段)的范围内,本方法均表现出很好的性能,对宽频振动均有很好的抗干扰效果。

      干涉测量是超精密加工表面(尤其是光学表面)最常用的测量手段。然而现有的表面形貌测量仪器对振动非常敏感,需要严格控制环境振动到10nm量级。本方法通过自主搭建测量装置和开发算法,实现了超精密表面形貌的纳米级精度测量,对于加工制造工艺探索、仪器设备开发均具有重要的意义。
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