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非接触测量的三种主流原理:白光干涉、共聚焦与激光三角法

2026年09月29日 13:54:11 人气: 17 来源: 苏州恒商工业设备有限公司

非接触测量的三种主流原理:白光干涉、共聚焦与激光三角法

提起非接触式粗糙度仪,常听到三个技术名称。它们测的是同一样东西——工件表面的高度分布——但"读"表面的方式wan全不同,这决定了各自的适用边界。

一、白光干涉:用相干长度当高度尺

白光(宽光谱光)的相干长度很短,通常只有几微米。把一束光分为两路,一路照样品、一路照参考镜,再让它们汇合:只有在两路光程接近相等的位置,才会出现对比度高的干涉条纹;偏离这个位置,条纹迅速变模糊。

系统沿高度方向逐层扫描,记录每个像素点上条纹对比度达到峰值时对应的位置,该位置就是这一点的高度。全部像素并行处理,一次扫描得到一个完整的三维高度图。

它的垂直分辨能力可达亚纳米量级,视场内的数据整体获取,过程较快。适合表面起伏较小、反射特性较一致的样品,例如晶圆、光学镜片、研磨面与薄膜台阶。局限在于视场受物镜限制,测大件需拼接;表面过陡时条纹会失去相关性。

二、共聚焦:用针孔筛掉焦外的光

共聚焦的思路是"只让焦平面上的光通过"。光经物镜聚焦到样品,反射光返回时要穿过一个小孔。焦平面上的光能顺利通过,焦外的散光被挡掉。物镜沿高度逐层移动,每一层只有处于焦点位置的像素有效,逐层叠加即得到三维形貌。

它对陡壁、微结构和起伏较大的表面适应性更强,不受"表面必须足够光滑"的约束,横向分辨能力也较好。代价是全视场采集需要逐层扫描,耗时比白光干涉长。光谱共聚焦是它的变体:用色散把不同波长的光聚焦在高度不同的位置,一次成像即可读取高度,速度更快、量程更大,垂直分辨能力则相应让出一步。

三、激光三角法:用几何关系直接换算高度

激光束斜射到表面形成光斑,反射光由偏离入射方向的探测器接收。表面高度变化时,光斑在探测器上的位置随之移动,依据夹角与基线长度的几何关系即可算出高度。

它结构简洁、成本可控、采集速度快,适合节拍要求高的在线场景,如产线上的表面状态监控。代价是垂直分辨能力通常在微米量级,且受表面颜色、反射率和倾斜角度影响明显,暗表面与斜面容易丢信号。它更适合判断"有没有异常",不擅长评价纳米级形貌。

四、       三条路怎么选

 

 

白光干涉

 

共聚焦

 

激光三角法

垂直分辨能力

亚纳米量级

纳米级

微米量级

横向分辨能力

受物镜限制

较好

微米量级

采集方式

一次扫描得面数据

逐层扫描

单点或线扫

对表面要求

较光滑、反射一致

可含陡壁与微结构

受颜色与倾角影响

适用定位

纳米级形貌评价

微结构形貌分析

高节拍在线监控

 

以纳米级起伏评价为主、表面较光滑 → 白光干涉;

样品含微结构、陡壁、起伏较大 → 共聚焦;

节拍是硬约束、精度要求相对宽松 → 激光三角法。

这四项指标——垂直分辨能力、横向分辨能力、视场范围、测量节拍——构成一组此消彼长的关系,其中一项提升,往往要另一项让步。所以选型的起点不是比较哪种技术更优,而是把需求排序:真正在意的是什么,可以接受在哪儿妥协。

苏州恒商工业设备有限公司的纳米形貌测量仪采用非接触光学测量方案,配套软件为自主研发,支持按客户执行的标准调整滤波方式与参数定义。手上有样品不确定走哪条路,可以寄件实测,用数据来判断。


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