本发明专利技术公开了一种基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针标定系统及标定方法，该标定系统包括面CCD测量系统，原子力探针扫描显微镜组件，白光光源系统，纳米级垂直微位移平台、激光干涉位移计量系统以及数据处理系统，其中面CCD测量系统、白光光源系统以及原子力探针扫描显微镜组件固定于纳米级垂直微位移平台上，并通过接收主控机的控制产生位移从而使所述原子力探针扫描显微镜组件中的探针发生形变；所述激光干涉位移计量系统设置于所述纳米级垂直微位移平台之上，用于计量其作用于所述探针上的位移量，按照本发明专利技术的标定方法，能够实现高精度的快速标定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超精密表面形貌测量
，更具体地，涉及一种基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针的标定系统及标定方法。
技术介绍
白光干涉原子力显微的测量原理是，根据原子间的范德华力来让原子力探针进行变形，从而达到测量的目的，而原子力扫描探针的针尖相当于一个原子，测量时会与被测工件的表面的原子发生相互作用力。白光干涉原子力扫描显微镜是让白光干涉系统在原子力扫描探针上形成白光干涉条纹，当针尖原子与工件表面原子间产生范德华力时原子力扫描探针就会发生变形，而在原子力探针表面上形成的白光干涉条纹会发生相对移动。根据白光干涉条纹移动的量就可以计算出与之对应的工件表面高度。原子力扫描探针可以看作是一根悬臂梁，根据材料力学可知，原子力扫描探针在受力后会发生挠性变形，因此原子力扫描探针每个位置与工件之间的高度并不是一个具体线性或者固定的对应关系，因此在测量的时候如果按一个固定的关系计算造成测量的结果会产生很大的偏差。并且由于探针的固定方式不能保证完全一致，所以受力的方向也不完全垂直于针尖，所以对探针进行标定如果只是按理论上的计算进行会产生比较大的误差。同时，由于原子力扫描探针是固定在原子力探针组件上，在未测量时或者一次测量完成后探针与面CCD的相对位置会发生变化，而在计算零级条纹的位置时是根据面CCD的坐标系来进行定位计算的，因此要得到准确的零级条纹的移动量与位移的相对关系及原子力探针微悬臂上每个位置对应的位移值我们需要在每次测量前进行标定，对提高白光干涉原子力扫描探针的测量精度和实现快速的测量具有重要的意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针的标定装置，其特征在于，该标定装置包括面CCD测量系统，原子力扫描探针组件，白光干涉光源系统，纳米级垂直微位移平台、激光干涉位移计量系统以及控制主机；纳米级垂直微位移平台接收控制主机的控制产生位移从而使所述原子力扫描探针组件中的探针发生形变；所述激光干涉位移计量系统设置于所述纳米级垂直微位移平台之上，用于计量其作用于所述探针上的位移量传送于所述控制主机；白光干涉光源系统接收所述控制主机的控制产生测试的白光干涉光源传输于原子力扫描探针组件，其产生包含所述探针形变信息的干涉条纹；所述面CCD测量系统接收包含所述探针形变信息的干涉条纹，控制主机连接所述面CCD测量系统，分析所述干涉条纹。进一步地，所述纳米级垂直微位移平台包括高精密压电陶瓷和柔性铰链机构，其中所述高精密压电陶瓷用于接收所述控制主机的位移信号产生位移量。进一步地，所述激光干涉位移计量系统包括半导体激光器，偏振片，1/4波片，分光镜，角锥棱镜，反射镜，参考镜，放大镜，光电阵列，由半导体激光器发出的激光经过偏振片、1/4波片，后经分光镜被分为两束，分别进过参考镜和反射镜反射后沿原路返回，并在分光点处重新相遇，发生干涉，干涉条纹经过所述放大镜放大后由光电阵列接收。进一步地，所述光电阵列为田字型四象限光电阵列。本专利技术还公开了一种利用基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针的标定装置来进行标定的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:(I)调节所述激光干涉位移计量系统的信号，对准焦距将所述白光干涉条纹调节在原子力扫描探针组件的微悬臂上；(2)将所述探针接触到标定样板上，设定好标定的范围；(3)所述控制主机控制所述纳米级垂直微位移平台产生多组位移，并且所述探针的形变产生后，所述控制主机分别记录所述纳米级垂直微位移平台的多组位移值和多组所述白光干涉零级条纹在面CCD成像系统坐标系中的位置值；(4)所述控制主机将通过上述步骤中获得的两组数据进行曲线拟合并显示拟合的结果，如果该结果符合一定条件，则完成标定。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于采用了符合原子力探针本身特性的高速高精度的标定方法，能够取得下列有益效果:(I)采用了激光干涉位移计量系统，应用于纳米级微位移平台，并且采用了将激光干涉位移计量系统固定在纳米级微位移平台的上端，因此当纳米级微位移平台发生一定的位移之会带动激光干涉位移系统运动部件移动，从而引起干涉条纹的移动；(2)当纳米级微位移平台发生了一定的位移之后，会稳定于某一位置，此时激光干涉位移计量系统的激光干涉条纹也不会发生比较大的移动，从而控制主机将此时的位移值进行保存；(3)本专利技术的标定的拟合值是根据位移平台的谓一致和面CCD成像坐标系中的位置值来进行定位计算标定的，不需要在每次测量前进行重新的标定；(4)由于本专利技术中的计量采用的是激光干涉位移计量系统，能够实现可溯源的标定。总之，按照本专利技术的标定方法，能够实现对白光干涉原子力扫描探针测量装置的精确标定，由此实现高精度并且快速的测量。【附图说明】图1是按照本专利技术实现的基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针标定装置的整体结构示意图；图2是按照本专利技术实现的基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针标定装置中的激光干涉位移计量系统结构的示意图；图3是按照本专利技术实现的基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针标定装置中的原子力扫描探针形变示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1-原子力扫描探针组件2-原子力扫描探针3-干涉物镜4-白光干涉光路系统5-纳米级垂直微位移平台6-激光干涉位移计量系统7-面CCD成像系统8-白光光源9-控制主机10-半导体激光器11-偏振片12-1/4波片13-分光镜14-角锥棱镜15-反射镜16-参考镜17-放大镜18-光电阵列。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本专利技术方法中的结构示意图。如图1所示，按照本专利技术一个优选实施例的接触测量法的白光干涉原子力扫描探针标定方法中包括:原子力扫描探针1，原子力扫描探针组件2，干涉物镜3，白光干涉光路系统4，纳米级垂直微位移平台5，激光干涉位移计量系统6，面CXD成像系统7，白光光源8，控制主机9。白光光源8发出的面光源，经过白光干涉光路系统4及干涉物镜2后在原子力扫描探针I的微悬臂上形成白光干涉条纹，再由面CCD成像系统7将干涉图像显示在控制主机9上用于实时显示，同时当纳米级垂直微位移平台5完成位移之后控制主机9发出命令采集激光干涉计量系统6计量得到的位移值并计算得到干涉图像中零级条纹在面CCD成像系统坐标系中的位置值。纳米级垂直微位移平台5主要组成部分是高精密压电陶瓷和柔性铰链两部分。压电陶瓷当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于接触测量的白光干涉原子力扫描探针的标定装置，其特征在于，该标定装置包括面CCD测量系统(7)，原子力扫描探针组件(1)，白光干涉光源系统，纳米级垂直微位移平台(5)、激光干涉位移计量系统(6)以及控制主机(9)；纳米级垂直微位移平台(5)接收控制主机(9)的控制产生位移从而使所述原子力扫描探针组件(1)中的探针发生形变；所述激光干涉位移计量系统(6)设置于所述纳米级垂直微位移平台(5)之上，用于计量其作用于所述探针上的位移量传送于所述控制主机(9)；白光干涉光源系统接收所述控制主机(9)的控制产生测试的白光干涉光源传输于原子力扫描探针组件(1)，其产生包含所述探针形变信息的干涉条纹；所述面CCD测量系统(7)接收包含所述探针形变信息的干涉条纹，控制主机(9)连接所述面CCD测量系统(7)，分析所述干涉条纹。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢文龙，庾能国，刘晓军，杨文军，常素萍，曾春阳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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