[发明专利]一种螺旋扫描式表面形貌测量系统的对中方法

说明书

本发明公开了一种螺旋扫描式表面形貌测量系统的对中方法，特点是在Z向旋转平台上固定对中试件，对中试件的下表面为水平面、上表面为倾斜面，然后控制Z向旋转平台转动一周，测头测得其探针相对于对中试件上表面的运动轨迹的高度差为Δh，再控制X向直线平台沿X向移动微小距离Δx'，然后控制Z向旋转平台转动一周，测头测得其探针相对于对中试件上表面的运动轨迹的高度差为Δh'；将所测得的两次高度差Δh、Δh'代入关系式，得到测头探针的扫描起点与Z向旋转平台的旋转中心之间的X向对中误差Δx和Y向对中误差Δy；优点是对中操作简单，对中速度快，且对中精度和分辨率高。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域中的表面形貌测量，尤其涉及一种螺旋扫描式表面形貌测量系统的对中方法。

背景技术

近年来，随着超精密加工技术、微细加工技术的不断进步，具有精密表面的零部件，如精密机械零件，以及具有微观结构表面的元器件、集成电路，如微透镜阵列、微反射镜阵列、光栅、超大规模集成电路等不断涌现。试件的表面形貌不仅体现其表面的外在特征，也反映其内在性能。如，机械零件加工后所形成的表面形貌特征既影响表面的摩擦磨损、接触刚度、疲劳强度、配合性质以及系统的传动精度等机械性能，又影响传热性、导电性、抗腐蚀性等物理性能；用于制作集成电路的硅片表面粗糙度对电路中薄膜电阻和薄膜电容的影响非常显著，进而影响电路的性能、成品率；通过多次光刻、腐蚀方法制作的光学元件表面以及通过微机械加工技术制作的微机械结构表面等，均会影响试件的使用性能。

目前，在测量试件的表面形貌时，大都采用栅格式扫描方式，如图1所示，来获得被测试件三维形貌中的平面直角坐标(即x、y坐标)，但这种扫描方式每扫描一条栅格线，相应的移动平台均要进行加速、匀速、减速运动，这种加减速运动势必使测量时间变长，且测量结果易受干扰以及噪声的影响；并且，每扫描下一条栅格线，相应的移动平台便要反向移动，这就会产生反向运动误差，从而降低试件表面形貌的测量精度。为避免栅格式扫描中的频繁加减速以及反向间隙误差，提高试件表面三维形貌的测量速度与精度，目前也有采用螺旋式扫描法，即被测试件同时做直线与旋转运动，据此形成螺旋线(如图2所示)来获得被测试件表面三维形貌中的平面极坐标(即r、θ坐标)。但通过螺旋式扫描来实现试件表面三维形貌精密测量的关键之一是测量系统应处于对中状态，即用于获得试件表面形貌高度信息的测头探针的扫描起点应与带动试件转动的旋转平台的旋转中心重合，否则，螺旋式扫描法所给出的试件表面三维形貌便会产生失真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可确保测头探针的扫描起点与旋转平台的旋转中心的重合精度，以实现试件表面三维形貌的精密、快速测量的螺旋扫描式表面形貌测量系统的对中方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种螺旋扫描式表面形貌测量系统的对中方法，其所使用的测量系统包括基座、立柱、X向直线平台、Y向直线平台、Z向直线平台和Z向旋转平台，所述的Y向直线平台位于所述的X向直线平台的下方，所述的基座上设置有用于驱动所述的Y向直线平台沿Y向移动的Y向驱动机构，所述的Y向直线平台上设置有用于驱动所述的X向直线平台沿X向移动的X向驱动机构，所述的Z向旋转平台位于所述的X向直线平台的上方，所述的X向直线平台上设置有用于驱动所述的Z向旋转平台旋转的Z向旋转驱动机构，所述的立柱垂直固定在所述的基座上，所述的立柱上设置有用于驱动所述的Z向直线平台沿Z向移动的Z向驱动机构，所述的Z向直线平台上固定设置有测头，所述的X向直线平台上固定设置有X向线位移传感器，所述的Y向直线平台上固定设置有Y向线位移传感器，所述的Z向直线平台上固定设置有Z向线位移传感器，所述的Z向旋转平台上固定设置有角位移传感器，该测量系统的对中方法包括以下具体步骤：

(1)、在Z向旋转平台上固定对中试件，对中试件的下表面为水平面、上表面为倾斜面；

(2)、控制Z向旋转驱动机构驱动Z向旋转平台转动一周，测头测得其探针相对于对中试件上表面的运动轨迹的高度差为Δh；