一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，属于纳米形貌测量技术领域。由全息激光读数头1、全息激光读数头2、光学组件、显微光学物镜头、测量样板、电气测量系统、CCD摄像机和监视系统组成，其中光学组件实现光线的滤波、准直与分光，包括光学透镜组1、光学透镜组2、调节透镜1、调节透镜2、调节透镜3、分光镜1和分光镜2。本传感器结构简单、关键部件价格低廉，以全息激光元件为核心，提出复合式全息激光纳米形貌测量传感器设计结构，将测量范围提升与测量精度的保持有机地结合起来，可以有效地利用该传感器配合测量系统提升系统测量的自动控制水平，同时本传感器具有视频监视功能，可以满足多种场合的现场需要。

A composite holographic laser topography measurement sensor

The invention relates to a composite holographic laser nanometer topography measuring sensor, which belongs to the field of nanometer shape measurement technology. Composed of holographic laser reading head 1, holographic laser reading head 2, optical components, optical lens, measurement model, electrical measurement system, CCD camera and monitor system, including optical components to achieve light filtering, collimating and beam splitting, including optical lens group, 1 optical lens group 2, adjusting lens 1, adjusting 2, adjust the lens lenses 3, 1 and 2 spectroscope spectroscope. The sensor has the advantages of simple structure, low price to key parts, laser holographic element as the core, the design structure of composite holographic laser nano topography measurement sensor, measurement range and measurement accuracy will enhance to keep organically, the level of automatic control can effectively use the sensor measuring system with the improvement of measurement system, and the sensor with video monitoring function, can meet the needs of a variety of occasions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，属于纳米形貌测量

技术介绍
纳米尺度复杂结构的零件因其形状、体积、材料、特性多样表现出特殊的形貌，测量精度要求相对较高，对其进行准确测量非常困难。纳米形貌特征属于纳米技术应用领域中需要测量的关键参数，准确的测量结果有助于分析产品的本质特性，质量控制，工艺调整，从而加快生产技术发展的进程。在纳米形貌测量中，传感器的测量准确度和测量范围通常是矛盾的，选取高精度测量的传感器往往由于测量范围的限制严重影响测量仪器的自动化水平。对于测量对象形貌特征复杂的样品，现有这种传感系统限制了测量速度，导致由于测量原理性原因造成的测量周期过长，在测量周期内的环境因素变化，特别是测量温度的变化严重影响测量结果的准确性，寻求解决测量范围和测量准确度的有效统一，解决测量速度瓶颈问题，实现纳米级表面形貌特征的准确测量，是十分重要的研究任务。全息激光读数头内部集成了全息光栅、半导体激光器(LD)、全息传感器等，具有价格低廉、操作简便、测量精度高等特点，目前已经广泛应用于科研、生产与日常生活当中。但由于其测量范围较小，通常只有几个微米，无法满足目前纳米相貌快速准确测量的需要。以全息激光元件为核心，提出复合式全息激光纳米形貌测量传感器设计结构，将测量范围提升与测量精度的保持有机地结合起来，可以有效地利用该传感器配合测量系统提升系统测量的自动控制水平，解决上述纳米形貌测量的技术矛盾。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在提高测量系统扫描测量的效率及自动化水平的同时保留其高分辨力及准确度的特性，提出一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，由全息激光读数头1、全息激光读数头2、光学组件、显微光学物镜头、测量样板、电气测量系统、CXD摄像机和监视系统组成；其中光学组件实现光线的滤波、准直与分光，包括光学透镜组1、光学透镜组2、调节透镜1、调节透镜2、调节透镜3、分光镜1和分光镜2 ；全息激光读数头1发出的光线经光学透镜组1和调节透镜1后变为平行光，然后经分光镜1、分光镜2和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；全息激光读数头2发出的光线经光学透镜组2和调节透镜2后变为平行光，然后经分光镜2和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；光线从测量样板反射并经显微光学物镜头后分为三路其中第一路经分光镜2、 分光镜1、调节透镜1和光学透镜组1后达到全息激光读数头1，第二路经分光镜2、调节透3镜2和光学透镜组2后到达全息激光读数头2，第三路经分光镜2、分光镜1和调节透镜3 后到达CXD摄像机；全息激光读数头1和全息激光读数头2测量返回的光学信号，进行光电转换后输出对应电信号并将电信号送入电气测量系统进行后期处理；CXD摄像机将接收到的光学信号转换为数字的视频信号并送入监视系统；上述全息激光读数头1和全息激光读数头2由光源、全息光栅和全息接收器构成， 三者可采用分体的结构形式，也可采用一体的结构形式；上述全息激光读数头1和全息激光读数头2的光源为红外线、红光、蓝光或者激光等形式；上述全息激光读数头1和全息激光读数头2的光源输出的电信号为数字信号、模拟信号或数字加模拟信号组合的形式；上述全息激光读数头1作为纳米级形貌的精准测量元件，采用全息激光读数头等焦的工作原理，负责提升形貌的测量准确度，用于纳米级准确测量；上述全息激光读数头2采用全息激光读数头离焦的工作原理，负责提升传感器的工作量程；本专利技术的一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，还可以包含另外的全息激光读数头及其配套的光学透镜组、调节透镜和分光镜三种光学组件，另外的全息激光读数头工作方式与全息激光读数头2的工作方式相同，采用全息激光读数头离焦的工作原理，负责提升传感器的工作量程；本专利技术的一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，也可以在脱离监视系统的情况下工作，此时系统由全息激光读数头1、全息激光读数头2、光学组件、显微光学物镜头、 测量样板和电气测量系统构成，光学组件包括光学透镜组1、光学透镜组2、调节透镜1、调节透镜2、分光镜1和分光镜2。有益效果本传感器结构简单、关键部件价格低廉，以全息激光元件为核心，提出复合式全息激光纳米形貌测量传感器设计结构，将测量范围提升与测量精度的保持有机地结合起来， 可以有效地利用该传感器配合测量系统提升系统测量的自动控制水平，同时本传感器具有视频监视功能，可以满足多种场合的现场需要。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；其中，1、2分别为全息激光读数头1和全息激光读数头2 ；3、4分别为光学透镜组 1和光学透镜组2 ；5、6、7分别为调节透镜1、调节透镜2和调节透镜3 ；8、9分别为分光镜1 和分光镜2 ;10为CXD摄像机；11为显微光学物镜头；12为测量样板；13为监视系统；14为电气测量系统；图2为实施例中所用的全息激光读数头工作原理示意图；其中，15为激光光源；16为全息光栅；17为分光片；18、19为光学透镜组；20为测量样板；21为全息接收器；图3为实施例中全息激光读数头测量时位移与输出电压的曲线图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。实施例一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，如图1所示，由全息激光读数头1、全息激光读数头2、光学组件、显微光学物镜头、测量样板、电气测量系统、CXD摄像机和监视系统组成；其中光学组件包括光学透镜组1、光学透镜组2、调节透镜1、调节透镜2、调节透镜3、分光镜1和分光镜2 ；全息激光读数头1发出的光线经光学透镜组1和调节透镜1后变为平行光，然后经分光镜1、分光镜2和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；全息激光读数头2发出的光线经光学透镜组2和调节透镜2后变为平行光，然后经分光镜2和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；光线从测量样板反射并经显微光学物镜头后分为三路其中第一路经分光镜2、 分光镜1、调节透镜1和光学透镜组1后达到全息激光读数头1，第二路经分光镜2、调节透镜2和光学透镜组2后到达全息激光读数头2，第三路经分光镜2、分光镜1和调节透镜3 后到达CXD摄像机；全息激光读数头1和全息激光读数头2测量返回的光学信号，进行光电转换后输出数字信号并送入电气测量系统进行后期处理；CXD摄像机将接收到的光学信号转换为数字的视频信号并送入监视系统；上述全息激光读数头1和全息激光读数头2由光源、全息光栅和全息接收器构成， 三者采用分体的结构形式，其工作原理如图2所示；上述全息激光读数头1和全息激光读数头2的光源为激光；上述全息激光读数头1作为纳米级形貌的精准测量元件，采用全息激光读数头等焦的工作原理，负责提升形貌的测量准确度，用于纳米级准确测量；上述全息激光读数头2采用全息激光读数头离焦的工作原理，负责提升传感器的工作量程；全息激光读数头测量时位移与输出电压的曲线图如图3所示，其中横坐标代表测量样板与全息激光读数头的距离，纵坐标代表其输出的电压值，其中焦点F位置为测量样板正好在全息激光读数头焦点位置，Lf为位移测量的工作范围，Vf为对应位移测量的电压值。以上所述为本专利技术的较佳实施例而已，本专利技术不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本专利技术所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本专利技术保护的范围。权利本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种复合式全息激光纳米形貌测量传感器，由全息激光读数头１、全息激光读数头２、光学组件、显微光学物镜头、测量样板、电气测量系统、ＣＣＤ摄像机和监视系统组成；其中光学组件实现光线的滤波、准直与分光，包括光学透镜组１、光学透镜组２、调节透镜１、调节透镜２、调节透镜３、分光镜１和分光镜２；全息激光读数头１发出的光线经光学透镜组１和调节透镜１后变为平行光，然后经分光镜１、分光镜２和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；全息激光读数头２发出的光线经光学透镜组２和调节透镜２后变为平行光，然后经分光镜２和显微光学物镜头后聚焦到测量样板；光线从测量样板反射并经显微光学物镜头后分为三路：其中第一路经分光镜２、分光镜１、调节透镜１和光学透镜组１后达到全息激光读数头１，第二路经分光镜２、调节透镜２和光学透镜组２后到达全息激光读数头２，第三路经分光镜２、分光镜１和调节透镜３后到达ＣＣＤ摄像机；全息激光读数头１和全息激光读数头２测量返回的光学信号，进行光电转换后输出对应电信号并将电信号送入电气测量系统进行后期处理；ＣＣＤ摄像机将接收到的光学信号转换为数字的视频信号并送入监视系统；上述全息激光读数头１为纳米级形貌的精准测量元件，采用全息激光读数头等焦的工作原理，全息激光读数头２采用全息激光读数头离焦的工作原理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振宇，王霁，任冬梅，李华丰，焦小康，张文军，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：11