超精密加工表面粗糙度測(cè)量方法對(duì)比及功率譜密度評(píng)價(jià).pdf

1、隨著科學(xué)儀器、微機(jī)電系統(tǒng)，光電信息技術(shù)的迅速發(fā)展，各工業(yè)部門對(duì)零件表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，如 X射線反射鏡和激光陀螺反射基片均要求表面粗糙度在亞納米級(jí)尺度。這對(duì)超精密表面測(cè)量技術(shù)和測(cè)量理論體系提出了更高的要求。因此本文圍繞超精密加工表面測(cè)量的相關(guān)問(wèn)題開(kāi)展了相應(yīng)的研究工作，具體研究?jī)?nèi)容包括如下幾個(gè)方面：
　　綜述了二維及三維表面形貌的傳統(tǒng)評(píng)定方法，討論了這些傳統(tǒng)參數(shù)在應(yīng)用中的局限性，進(jìn)而引入了功率譜密度評(píng)價(jià)方法，并對(duì)一維及二維功率譜

2、密度的定義及估計(jì)算法進(jìn)行了詳細(xì)地分析。鑒于傳統(tǒng)估計(jì)算法的固有缺陷，提出了三種提高功率譜密度估計(jì)質(zhì)量的方法，并舉以實(shí)例針對(duì)每種方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明三種方法均能不同程度地克服原算法的缺陷，提高了功率譜密度估計(jì)精度。
　　總結(jié)了原子力顯微鏡、觸針式輪廓儀及白光干涉儀的原理及性能參數(shù)，分析了這些儀器的誤差影響因素，并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用這些典型的儀器分別對(duì)包括石英玻璃、單晶硅片及微晶玻璃在內(nèi)的三種試樣表面形貌進(jìn)行了測(cè)量，給出了這些表面的粗

3、糙度值。而不同的測(cè)量?jī)x器具有不同的頻帶寬度，因此所測(cè)得的粗糙度值并不能直接地進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)計(jì)算這些表面的一維功率譜密度，并在三種儀器共有的頻段內(nèi)計(jì)算每種儀器對(duì)應(yīng)的功率譜密度曲線下方的面積，即均方根值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同儀器測(cè)得的粗糙度值進(jìn)行直接地對(duì)比。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，原子力顯微鏡是用于測(cè)量高頻表面結(jié)構(gòu)的最佳儀器。通過(guò)對(duì)測(cè)量結(jié)果的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，測(cè)量條件（如采樣間距，掃描范圍）的改變直接影響著表面粗糙度，考慮到目前尚沒(méi)有指導(dǎo)選擇合理采樣條件的標(biāo)準(zhǔn)

4、文件，因而本文提出了基于頻譜分析的確定合理采樣條件的方法，并通過(guò)測(cè)量?jī)煞N典型表面驗(yàn)證了這一方法，證明了此方法是合理的。
　　除此之外，本文還應(yīng)用了原子力顯微鏡對(duì)在不同工藝條件下得到的超精密加工表面進(jìn)行了測(cè)量，并應(yīng)用功率譜密度表征了各種表面。通過(guò)對(duì)功率譜密度曲線的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，功率譜密度是指導(dǎo)加工方法選擇及工藝參數(shù)優(yōu)化的有力工具，它能夠定量地描述表面輪廓在空間頻段的分布情況，為系統(tǒng)地分析超精密加工工藝對(duì)表面質(zhì)量的影響提供了豐富的信息