三維表面輪廓儀是一種用于高精度測量物體表面三維形貌的精密計量儀器，廣泛應(yīng)用于電子、汽車、半導(dǎo)體、醫(yī)療及材料科學(xué)等領(lǐng)域。該儀器整合了白光干涉、共聚焦顯微鏡等多種光學(xué)測量技術(shù)，可自動化切換測試模式，實現(xiàn)非接觸式或接觸式測量，避免對樣品表面造成損傷。基于光學(xué)干涉或激光投射原理，通過發(fā)射白光或激光到被測物體表面，收集反射光或散射光，結(jié)合計算機圖像處理技術(shù)，重建物體表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

　　三維表面輪廓儀的組成部分：

　　一、光學(xué)系統(tǒng)

　　光源：

　　激光光源：在激光共聚焦三維表面輪廓儀中，激光光源發(fā)出高強度、單色性好的激光束，為測量提供穩(wěn)定的光源。

　　白光光源：在白光干涉三維表面輪廓儀中，白光光源提供寬光譜的光，用于產(chǎn)生干涉條紋。

　　光學(xué)鏡頭：

　　物鏡：將光源發(fā)出的光聚焦到樣品表面，并收集從樣品表面反射回來的光。物鏡的數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)直接影響測量的分辨率和視場范圍。

　　管鏡：與物鏡配合使用，將物鏡收集到的光成像到探測器上。

　　分光器/干涉儀：

　　分光器：在激光共聚焦三維表面輪廓儀中，分光器將激光束分成兩束，一束照射到樣品表面，另一束作為參考光。

　　干涉儀：在白光干涉三維表面輪廓儀中，干涉儀產(chǎn)生干涉條紋，通過分析干涉條紋的形狀和位置來獲取樣品表面的高度信息。

　　探測器：

　　CCD相機：用于捕捉干涉條紋或樣品表面的圖像，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。

　　PSD（位置敏感探測器）：在某些三維表面輪廓儀中，PSD用于直接測量光斑的位置變化，從而獲取樣品表面的高度信息。

　　二、機械系統(tǒng)

　　載物臺：

　　用于放置待測樣品，通常具有XYZ三軸運動功能，可以精確控制樣品的位置和姿態(tài)。

　　載物臺的運動精度和穩(wěn)定性直接影響測量的準(zhǔn)確性。

　　掃描機構(gòu)：

　　驅(qū)動載物臺或光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行掃描運動，以獲取樣品表面的三維數(shù)據(jù)。

　　掃描機構(gòu)通常采用高精度的直線電機或壓電陶瓷驅(qū)動器，以實現(xiàn)微米級甚至納米級的運動精度。

　　防震系統(tǒng)：

　　為了減少外界振動對測量結(jié)果的影響，三維表面輪廓儀通常配備防震系統(tǒng)，如氣浮隔震臺或主動隔震系統(tǒng)。

　　三、電子控制系統(tǒng)

　　控制器：

　　負(fù)責(zé)控制載物臺的運動、光源的開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)、探測器的數(shù)據(jù)采集等。

　　控制器通常采用高性能的微處理器或數(shù)字信號處理器（DSP），以實現(xiàn)快速、精確的控制。

　　數(shù)據(jù)采集卡：

　　將探測器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸?shù)接嬎銠C進(jìn)行處理。

　　數(shù)據(jù)采集卡的采樣率和分辨率直接影響測量的精度和速度。

　　四、軟件系統(tǒng)

　　操作軟件：

　　提供用戶界面，允許用戶設(shè)置測量參數(shù)、啟動測量、監(jiān)控測量過程等。

　　操作軟件通常具有直觀、易用的特點，以方便用戶操作。

　　數(shù)據(jù)處理軟件：

　　對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，生成樣品表面的三維形貌圖、粗糙度參數(shù)、輪廓曲線等。

　　數(shù)據(jù)處理軟件通常具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以支持多種數(shù)據(jù)分析算法和工具。

　　五、輔助組件

　　校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件：

　　用于定期校準(zhǔn)儀器，確保測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

　　校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件通常具有已知的幾何形狀和尺寸，可以用于驗證儀器的測量精度。

　　防護(hù)罩：

　　保護(hù)儀器免受灰塵、水分等環(huán)境因素的影響，延長儀器的使用壽命。

　　冷卻系統(tǒng)：

　　對于某些高功率的光源或長時間運行的儀器，可能需要配備冷卻系統(tǒng)以防止過熱。