树状衍生多功能二、三维微纳图像综合测量系统

拟研制一台多功能的显微图像测量仪，它具有如下功能：（1）可获取高倍大面积无痕拼接图像并测量；（2）可获取高倍大面积三维显微图形并测量；（3） 可获取纳米三维图形并测量；（4）振动测量。仪器的图像测量面积为50mm×50mm，X、Y最高分辨率为1nm，Z向最高分辨率为0.1nm。仪器最主要的创新点是：由一个测量显微镜基体派生出多种测量功能。它与在仪器上安装不同原理传感器而获取多功能的显微镜有本质上的不同。仪器可用于非接触测量也可用于接触测量；可进行工程表面的测量，也可进行纳米表面的测量，可进行单幅图像测量，也可进行大面积无痕拼接及测量，仪器可用于IT、MEMS、医学、生物工程、光学、超精加工，材料学等领域的基础研究，同时也可广泛用于工业生产。

本课题主要研究了基于白光干涉显微镜主体的多功能表面形貌测量理论和技术，研制了树状衍生多功能形貌测量系统，用于测量各种超精加工表面、微小型零部件、微机电系统、半导体器件的形貌。研究了白光干涉计量理论，以及白光干涉垂直扫描测量方法、白光计量原子力探针扫描测量方法和白光计量金刚石垂直测量方法，研制了多功能测头。研制了包括大量程计量型纳米级垂直扫描系统和大量程计量型纳米级共运动平面X-Y二维精密工作台的大量程计量型纳米驱动系统，采用粗/精两级驱动，同一激光干涉位移计量系统对位移进行实时计量，垂直方向可以实现3mm的运动范围和0.6nm的理论运动分辨率；X、Y向运动范围为40mm×40mm，工作台粗、精驱动实际运动分辨率分别可以达到1µm和1nm。开发了超精密表面形貌测量和分析评定系统软件，该软件可以实现图像显微测量、白光干涉垂直扫描测量、原子力探针扫描测量、触针接触式测量四种测量功能。研制的树状衍生多功能形貌测量系统，其纵、横向测量分辨率均可以达到纳米量级，垂直测量分辨率小于1nm，横向测量分辨率理论上可以达到2nm。课题对研究理论进行了试验分析和验证，对测量系统的性能指标进行了比对试验，对测量系统的示值相对误差、重复性、稳定性等性能进行了测试和验证，并将测量系统应用于超精密加工表面、MEMS、光学元件的表面形貌测量。