[发明专利]一种非接触式样品加工表面倾角及厚度微小变化测量方法

说明书

本发明涉及一种非接触式样品加工表面倾角及厚度微小变化测量方法，该方法具体为：在样品加工前后，控制两束具有相同角度及高度的激光对称入射至样品加工表面，并反射至PSD(position sensitive detector)传感器光敏层，随着样品在加工过程中厚度或者倾角发生微小的变化，光斑能量中心逐渐发生位移，根据PSD传感器采集的样品加工前后光斑能量中心的变化，获得样品加工表面倾角及厚度变化。与现有技术相比，本发明测量精度高，操作方便简单，并且作为一种非接触式检测方法，对样品表面没有损伤。

技术领域

本发明涉及一种光学测量方法，尤其是涉及一种非接触式样品加工表面倾角及厚度微小变化测量方法。

背景技术

常用的厚度测量仪器包括数显千分尺，螺旋测微器等，也有利用声波或者光波等的非接触式测量手段。这些仪器主要的目的是测量物体的厚度，而非针对测量厚度的微小变化。常用的角度测量仪器往往只是考虑物体因旋转等因素造成的读数变化，忽略了测量过程中被测物体可能存在的平移。现有测量仪器通常为接触式测量仪器，能满足大部分日常生产生活需要；然而在某些特殊情况下，被测表面不能被直接接触，接触式测量方法不仅可能会影响材料的形状与结构，而且精度十分有限。此时高精度的非接触式测量装置显现出其独特优势。因此，不少工业生产需要高精度的非接触式测量方法和仪器。

目前，在工业上有利用激光二维扫描非接触式测量物件尺寸和厚度的技术。该技术利用物件对激光的遮挡，在接收屏上产生并记录光强差，从而确定待测物件的轮廓，因此可用于测量物件尺寸。但该方法通常只能测量某一点的厚度，无法测量出样品两端厚度差，也无法得知样品表面的倾角变化。而传统的厚度差测量需要直接接触待加工样品表面，这将会给样品表面带来污染甚至损伤，因此需要一种非接触式表面倾角测量方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术缺陷而提供一种非接触式样品加工表面倾角及厚度微小变化测量方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种非接触式样品加工表面倾角及厚度微小变化测量方法，该方法具体为：在样品加工前后，控制两束具有相同角度及高度的激光对称入射至样品加工表面，并反射至PSD传感器光敏层，根据PSD传感器采集的样品加工前后光斑能量中心的变化，获得样品加工表面倾角及厚度变化。

进一步地，所述样品加工表面的粗糙度R_a≤2μm。

进一步地，所述样品加工表面倾角变化β满足β·(s₁+s₂)＜＜s₁+s₂，厚度变化Δh相对于s₁，s₂是小量，其中，s₁，s₂为光线从反射点到光敏层辐照能量中心的距离。

进一步地，所述根据PSD传感器采集的样品加工前后光斑能量中心的变化，获得样品加工表面倾角及厚度变化具体为：

Δx₁＝x₁-x₁₀＞0，Δx₂＝x₂-x₂₀＜0

其中，x₁₀为左侧激光打在样品初始表面反射到PSD传感器距离光敏层中心的距离；x₁为左侧激光打在加工后待测样品表面反射到PSD传感器距离光敏层中心的距离；x₂₀为右侧激光打在样品初始表面反射到PSD传感器距离光敏层中心的距离；x₂为右侧激光打在待测样品加工后表面反射到PSD传感器距离光敏层中心的距离；α为激光与竖直方向的夹角。

进一步地，所述PSD传感器为一维PSD传感器，采用的激光器为线状激光器。