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  • 哈爾濱芯明天科技有限公司

    壓電納米掃描系統(tǒng)在干涉測量系統(tǒng)中的應(yīng)用!

    時間:2021-4-6 閱讀:1345
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    壓電納米掃描系統(tǒng)是由精密壓電納米定位臺與壓電控制器組成,系統(tǒng)可完成單軸或多軸的納米精度的運(yùn)動控制。下圖中為芯明天的一款小體積型Z向壓電納米掃描系統(tǒng)。

     

    干涉測量 

    干涉測量是基于電磁波的干涉理論,通過檢測相干電磁波的干涉圖樣、頻率、振幅、相位等屬性,將其應(yīng)用于各種相關(guān)測量的技術(shù)的統(tǒng)稱。用于實(shí)現(xiàn)干涉測量術(shù)的儀器被稱作干涉儀。在當(dāng)今科研領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等,干涉測量術(shù)都發(fā)揮著重要作用,包括天文學(xué)、光纖光學(xué)、工程測量學(xué)等。

     

    在干涉測量中常用的工具是邁克爾遜干涉儀,一般可將相干光源的單條入射光束分成兩條相同的光束。每條光束的傳播路徑(稱為光程)不同,并在到達(dá)探測器之前重新會合。每條光束的傳播距離不同使它們之間產(chǎn)生相位差。該相位差形成了可通過探測器捕獲的干涉條紋。如果單條光束沿兩個光路分開(測量光路和參考光路),則利用相位差便可判斷出所有可改變光束相位的因素。

     

    邁克爾遜干涉儀原理圖

     

    干涉物鏡

    干涉物鏡就是將顯微鏡物鏡與干涉儀結(jié)合起來設(shè)計而成的一種特殊的顯微鏡物鏡。它的原理是一束光通過分光鏡后,將光直接射向樣品表面和內(nèi)置反光鏡,從樣品表面反射的光線和內(nèi)置反射鏡反射的光線再結(jié)合,就產(chǎn)生了干涉圖案。

     

    干涉物鏡可用在非接觸光學(xué)壓型測量設(shè)備上,通過此物鏡可得到表面位圖和表面測量參數(shù)等,也可用來檢測表面粗糙度,測量精度非常高,在一個波長之內(nèi)。

     

    三種干涉物鏡結(jié)構(gòu)圖



    Michelson型

     
    Mirau型

    Linnik

    壓電納米定位掃描系統(tǒng)應(yīng)用于多軸籠式干涉系統(tǒng)

     

    系統(tǒng)實(shí)物圖

     

    在系統(tǒng)工作時,通過納米移動臺驅(qū)動待測樣本表面在垂直方向上均勻、緩慢、連續(xù)運(yùn)動,改變測量光路與參考光路的光程差。

     

    垂直掃描的過程中,相機(jī)依次獲取一系列的白光干涉圖,通過三維形貌恢復(fù)算法計算并定位出每個像素點(diǎn)的零光程差位置,即可得到相應(yīng)的高度信息,從而恢復(fù)出待測表面的三維形貌。

    通過下面兩個視頻可觀察到,當(dāng)驅(qū)動微納米移動臺帶動樣本在垂直方向上進(jìn)行掃描時,相機(jī)采集到的白光干涉條紋隨著移動臺的掃描而發(fā)生位移。

     

    在該系統(tǒng)中采用的是芯明天P70.Z8S壓電納米掃描臺,它的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下。

    型號:P70.Z8S(直驅(qū)機(jī)構(gòu))

    運(yùn)動自由度Z

    行程范圍8μm(@150V)

    傳感器類型SGS

    /開環(huán)分辨率1/0.6 nm

    閉環(huán)線性度0.25 %F.S.

    閉環(huán)重復(fù)定位精度 0.16%F.S.

    俯仰/偏航/滾動<10 μrad

    承載能力200 g

    閉環(huán)響應(yīng)時間20ms

    空載諧振頻率3.6 kHz

    加載諧振頻率1.5kHz(200g)

    靜電容量1.6 μF

    重量128.5 g

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