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(jì)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(dòng)化切換測試模式，實(shí)現(xiàn)非接觸式或接觸式測量，避免對(duì)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(jì)算機(jī)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(qiáng)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(jī)：用于捕捉干涉條紋或樣品表面的圖像，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　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(jī)械系統(tǒng)

　　載物臺(tái)：

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

　　載物臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度和穩(wěn)定性直接影響測量的準(zhǔn)確性。

　　掃描機(jī)構(gòu)：

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

　　掃描機(jī)構(gòu)通常采用高精度的直線電機(jī)或壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)甚至納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)精度。

　　防震系統(tǒng)：

　　為了減少外界振動(dòng)對(duì)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(tái)或主動(dòng)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(tái)的運(yùn)動(dòng)、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(hào)處理器（DSP），以實(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)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(dòng)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(diǎn)，以方便用戶操作。

　　數(shù)據(jù)處理軟件：

　　對(duì)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(qiáng)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(yàn)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(duì)于某些高功率的光源或長時(shí)間運(yùn)行的儀器，可能需要配備冷卻系統(tǒng)以防止過熱。