三維光學(xué)輪廓儀布魯克ContourX-200簡(jiǎn)介
在精密制造、材料研究和質(zhì)量控制領(lǐng)域，對(duì)物體表面微觀形貌進(jìn)行三維非接觸測(cè)量是一項(xiàng)常見(jiàn)需求。三維光學(xué)輪廓儀ContourX-200，作為Bruker公司生產(chǎn)的一款測(cè)量設(shè)備，旨在為滿足此類需求提供一種技術(shù)方案。它主要基于白光干涉技術(shù)，通過(guò)非接觸的方式獲取樣品表面的三維高度信息，并可用于多種幾何參數(shù)的量化分析。
該設(shè)備的核心測(cè)量原理是白光垂直掃描干涉。它使用寬帶白光作為光源，光線通過(guò)干涉顯微物鏡后分為兩束：一束射向參考鏡，另一束射向樣品表面。兩束光反射回來(lái)后重新匯合，產(chǎn)生干涉。由于白光相干長(zhǎng)度很短，只有當(dāng)樣品表面某一點(diǎn)的光程與參考光程近乎相等時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)清晰的干涉條紋。通過(guò)精密的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器或其他Z軸掃描機(jī)構(gòu)，垂直移動(dòng)樣品或干涉物鏡，同時(shí)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行快速掃描。系統(tǒng)記錄下每個(gè)像素點(diǎn)干涉信號(hào)強(qiáng)度隨掃描位置變化的曲線，通過(guò)算法精確找出干涉對(duì)比度最高的位置，從而確定該點(diǎn)相對(duì)于參考平面的高度。對(duì)視野內(nèi)所有像素點(diǎn)進(jìn)行同樣的計(jì)算，最終重建出整個(gè)樣品表面的三維形貌圖。
ContourX-200通常設(shè)計(jì)有集成的光學(xué)系統(tǒng)和穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)。設(shè)備包含光源、干涉顯微物鏡、高精度掃描臺(tái)、CCD相機(jī)以及控制系統(tǒng)。軟件平臺(tái)將硬件控制、數(shù)據(jù)采集、三維重建和數(shù)據(jù)分析功能集成在一個(gè)界面中，用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成從觀察定位到生成報(bào)告的全流程操作。
在應(yīng)用方面，該儀器適用于需要表面粗糙度、臺(tái)階高度、薄膜厚度、體積、面積等參數(shù)測(cè)量的場(chǎng)景。例如，在半導(dǎo)體行業(yè)，可用于測(cè)量晶圓上的薄膜厚度、光刻膠圖形、CMP后的表面狀況；在精密加工領(lǐng)域，可用于評(píng)估加工件表面粗糙度、檢查刀具磨損形貌；在材料科學(xué)中，可用于分析涂層、薄膜、復(fù)合材料等的表面結(jié)構(gòu)。其非接觸的特性使其能夠測(cè)量柔軟、易碎或易劃傷的材料，而不會(huì)造成損傷。
操作流程一般包括樣品準(zhǔn)備與放置、通過(guò)軟件預(yù)覽圖像進(jìn)行對(duì)焦和定位、設(shè)置合適的垂直掃描范圍、選擇掃描參數(shù)并開(kāi)始測(cè)量。測(cè)量結(jié)束后，軟件會(huì)提供三維形貌的可視化顯示，以及包括二維輪廓分析、三維粗糙度分析、幾何尺寸測(cè)量在內(nèi)的多種分析工具。用戶可以根據(jù)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 25178）計(jì)算表面紋理參數(shù)，也可以自定義測(cè)量點(diǎn)、線、面的尺寸。
為了適應(yīng)不同的測(cè)量需求，ContourX-200通常可以配置多種不同放大倍率和數(shù)值孔徑的干涉物鏡。低倍物鏡提供較大的視場(chǎng)，用于觀測(cè)整體形貌或定位；高倍物鏡則提供更高的橫向分辨率，用于觀察微小細(xì)節(jié)。一些配置還可能包括自動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)盤(pán)、電動(dòng)樣品臺(tái)等，以提升多位置測(cè)量或批量檢測(cè)的效率。
總而言之，三維光學(xué)輪廓儀ContourX-200是一款基于白光干涉原理的非接觸式表面三維測(cè)量?jī)x器。它致力于為工業(yè)檢測(cè)、研發(fā)分析和質(zhì)量控制等應(yīng)用領(lǐng)域的用戶，在需要獲取樣品表面微觀形貌定量數(shù)據(jù)時(shí)，提供一個(gè)可供考慮的技術(shù)工具。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是在測(cè)量速度、精度和易用性之間尋求平衡，以應(yīng)對(duì)多樣的表面計(jì)量挑戰(zhàn)。
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