[发明专利]一种大范围平面元件白光干涉快速测量方法

说明书

本发明公开了一种大范围平面元件白光干涉快速测量方法，包括如下步骤：S1、利用粗对焦步骤确定白光干涉传感器的聚焦高度；S2、选取包含聚焦高度在内的采图区间；S3、在采图区间内依据精细采集步骤采集平面元件上至少四个不同位置处的初始条纹坐标；S4、依据初始条纹坐标拟合待测平面元件的位姿，进行高度补偿得到待测平面元件测量位姿；S5、根据待测平面元件测量位姿确定实际采图区间。本发明采用粗对焦步骤和精细采集步骤快速确定初始条纹坐标，并通过采用平面位姿标定来确定待测平面元件的整体位姿，根据待测平面元件的整体位姿可以快速准确的确定实际采图区间，大大提高了针对测量面积大的大范围平面元件的测量准确度和测量效率。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，具体为一种大范围平面元件白光干涉快速测量方法。

背景技术

随着智能制造、航空航天、国防科技和通信传输等领域的快速发展，具有微纳结构的大范围平面元件的需求也越来越大，例如对微电路、MEMS器件和微光学元件等。目前大多数电子设备、智能设备和测量设备都是由此类精密元件制造而成的，而此类精密元件在制造过程中与规格产生的任何微小误差都有可能进一步导致设备出现故障。因此为了保证设备正常有序的工作，对精密元件上的微结构测量是必不可少的。然而由于精密元件的生产制造具有纳米尺度、微观表面效应、微结构待测范围大、灰尘或异物干扰测量结果及光学衍射影响大等特点，目前绝大多数的常规检测手段不能满足测量需求。因此需要寻找一种高效率和高精度的微结构测量方法，提高精密元件生产合格率和提高微结构测量效率，从而满足微纳制造业的需求。

目前对有微纳结构的大范围平面元件的测量方法根据是否与待测件接触可以分为接触式测量和非接触式测量。接触式轮廓仪和台阶仪是最传统的接触式测量方法，其具有稳定性、动态范围大和可靠性强的优点，但是对于镀膜表层和软质被测材料，接触式检测容易损伤被测样品表层。此外，受触针直径、形状、负载及动态特性的影响，接触式测量速度较慢。非接触式测量方法有基于SEM、STM、AFM的扫描显微测量方法、激光三角法，条纹投影法和白光干涉法等，扫描显微测量方法价格昂贵、对操作环境要求高且测量速度慢，主要用于原子级或纳米级材料和生物表面的结构分析。激光三角法通用性强且测量效率高，但光路容易被遮挡并产生测量盲区，条纹投影法标定复杂且测量精度低而不适用于对微结构形貌测量。相比之下，白光干涉通过准确的零光程差位置来确定待测件的高度从而检测微结构的形貌，因此更适用于微结构检测。

基于白光干涉的测量方法采用非接触测量方式、具有测量精度和测量效率高等优点被研究者们广泛应用于微结构测量。该方法主要是通过干涉图像上精确的零光程差位置来计算对应部件内壁上点的高度信息，从而可以高精度的测量待测件的微结构形貌，因此对具有条纹的图像采集是必不可少的。现有白光干涉测量仪器测量精度高，但是价格昂贵且视场较小，在测量微结构时候需要多区域连续采图与对每个视场条纹区间识别，想要对大范围平面元件测量还需要搭配大行程水平移动轴系，增加了测量系统成本和对所有测量视场条纹区间识别需要花费大量测量时间，不满足微结构快速生产的工业需求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种大范围平面元件白光干涉快速测量方法，采用粗对焦步骤和精细采集步骤快速确定初始条纹坐标，并通过采用平面位姿标定来确定待测平面元件的整体位姿，根据待测平面元件的整体位姿可以快速准确的确定实际采图区间，大大提高了针对测量面积大的大范围平面元件的测量准确度和测量效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大范围平面元件白光干涉快速测量方法，所述测量方法包括如下步骤：

S1、利用粗对焦步骤确定白光干涉传感器的聚焦高度；

S2、选取包含聚焦高度在内的采图区间；

S3、在采图区间内依据精细采集步骤采集待测平面元件上至少四个不同位置处的初始条纹坐标；

S4、依据初始条纹坐标拟合待测平面元件的位姿，进行高度补偿得到待测平面元件测量位姿；