ZYGO干涉儀GPI-XP-D使用說明

1、ZYGO干涉儀使用說明1.0目的 制定本文件是為了詳細說明如何使用ZYGO干涉儀測量平面、球面、柱面晶體元件的曲率半徑、面形（平行度、平面度）、以及透過波前畸變，并提高檢驗過程的準確性和可重復性。2.0范圍 本文件涉及用ZYGO干涉儀檢測平面、球面、柱面元件的一般方法。3.0記錄 在檢驗過程中將會生成以下記錄： 3.1干涉圖（保存文件名為*.Tif），在實時窗口上點擊FILE-SAVE保存。 3.2測試數(shù)據(jù)（保存文件名為*.Dat），測試完成后點擊SAVE DATE保存。4.0相關文件 4.1與本文件相關的文件有： 待測零件圖紙5.0定義 5.1應用（application） 應用是ZYGO干

2、涉儀中一系列功能的組合，保存為后綴名為“*.app”的文件。不同的應用用于不同項目的測量。比較常用的是GIP.app用于一般的平面和球面的測量，GPI-Cylinde.app用于柱面面形的測量，Angle.app用于平行角度的測試。 5.2貓眼像（cateye） 又稱為標準鏡的像。標準鏡的出射光在焦點處被返回時出現(xiàn)的干涉條紋，是透過干涉儀的光線與和它對稱的標準面之間的干涉圖形。 5.3鏡片像 從標準鏡出射的光在整個零件表面被原路反射回來與標準面的反射光發(fā)生干涉產(chǎn)生的干涉圖形。包含待測零件的表面或波前信息，是面形檢測的主要信息來源。 5.4升降臺 可以升降的平臺，帶有小傾角調(diào)節(jié)功能，一般用于放置

3、平面元件。 5.5Align/View模式 按下控制盒上的align/view切換的2個模式之一。align模式可以看到一個黑色固定的十字線和反射回干涉儀的光點，一般用于零件對準，特點是視場較大。View模式是按下控制盒上的align/view切換的2個模式之一，可以看到干涉條紋，特點是放大率較高，但是視場較小。一般在align界面對準后在view界面觀察條紋。 5.6標準鏡 干涉儀上使用的參考表面，用于生成理想的平面、球面波，作為測量基準。 5.7長度基準 設定圖像的長度基準，因為放大率不同或者屈光度不同，同樣大小的干涉圖所代表的零件大小可能有很大的差異。設定長度基準的目的就是告訴干涉儀圖形

4、中的一段長度相當于鏡片中長度的多少，方便控制測量區(qū)域和設定掩膜。 5.8掩膜（mask） 表明干涉圖中有效區(qū)域的工具?？梢愿鶕?jù)需要設定有效區(qū)域的形狀、大小、位置，也可以從有效區(qū)域中挖去一部分不需要的。6.0職責 主要包括以下幾個方面： 6.1 zygo干涉儀使用和維護部門為品管部。品管部經(jīng)理負責保證過程實施所需的培訓及資源。 6.2按照校準計劃對設備定期檢定。 6.3指定的儀器使用者需保證使用過程按按照操作規(guī)程操作儀器（程序文件要求實施）。 6.4定期對設備進行保養(yǎng)。7.0工具、計量器具、測量設備 7.1主要設備和工具包括： ZYGO干涉儀，導軌，三爪卡盤，六維調(diào)整架，平面標準鏡TF，各種規(guī)格

5、的球面標準鏡TS，柱面標準鏡CGH，標準平面反射鏡，升降臺 7.2認識ZYGO干涉儀 ZYGO干涉儀由主機，測長裝置導軌，電腦，控制盒四個主要部分組成。其中主機又分為主機箱，移相頭和標準鏡支架三部分。測長裝置是多普勒雙頻激光測距儀，其中角錐（反射器）安裝在導軌上的六維調(diào)整架上可以隨著調(diào)整架上的鏡片同步移動。 7.3認識軟件界面 干涉儀軟件MetroPro界面左邊是各種功能按鈕，有些的作用是實現(xiàn)某種操作，有些的點開是一個窗口，右邊是各種圖形、數(shù)據(jù)、信息窗口。8.0安全要求 測量過程中，注意對透鏡的防護，尤其是表面和邊角容易損壞的部位。標準鏡使用時要插入到位，螺絲擰緊。不用時要擺放到盒子中避免意外

6、損壞。9.0操作流程 使用干涉儀測量面形主要包括以下步驟：開機，選擇、安裝標準鏡，找到待測零件表面干涉條紋，輸入零件號等相關信息，設定長度基準，取掩膜，測量，結(jié)果保存和打印。不同的零件在找干涉條紋和一些設定方面有所區(qū)別，但是基本步驟差不多。 9.1開機 依次開啟ZYGO顯示器電源，機箱控制面板上電源按鈕：MASTER、MONITOR、AUX1、AUX2，以及干涉儀主機箱右側(cè)下方POWER。 9.2啟動軟件，運行程序 打開干涉儀主機上的開關以及光柵尺顯示屏背后的開關，打開電腦開關啟動電腦。進入Windows后，雙擊電腦桌面上的Metropro.exe（如圖一）圖標啟動干涉測量分析軟件，運行程序，

7、進入ZYGO測試操作桌面。啟動完成后會自動進入GPI.app，如果沒有，關閉當前的窗口，待其縮小為按鈕后，在應用選擇窗口中點擊GPI.app，或者相應的程序。圖一 9.3平行度測試 主要測試步驟如下： 9.3.1按監(jiān)視器遙控器上的顯示切換鍵（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于排列狀態(tài)。扭動參考反射鏡上方的調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)整鏡面方向，使得反射鏡反射回的最亮光斑與十字分劃線交點重合。完成后,按遙控器上的顯示切換鍵（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于瀏覽狀態(tài)。雙擊ZYGO測試操作桌面中angle.app按鈕進入平行測試操作界面。 9.3.2調(diào)整好后將待測晶體放置到樣品支架上，通過觀察監(jiān)視器調(diào)整晶體，

8、使晶體垂直于測試光（監(jiān)視器中晶體邊緣清晰可見。） 9.3.3點擊操作界面左下角MeasureControls對話框中的Refractiveindex,錄入待測晶體的折射率（選擇632.8nm時對應晶體的折射率，如圖二），按回車鍵確定。圖二 9.3.4點擊測試界面左上角的Calibrate按鈕，在彈出的對話界面中點擊Fringe按鈕,對話框中圖像顯示會進行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標標記晶體通光面寬度，在彈出的對話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.3.5點擊測試界面中左上角MaskData按鈕（如圖三、四所示）,在彈出的有動態(tài)圖像的對話框中，首先從下部選項中選擇晶體外形標定

9、（例如正方形則選擇square）。在動態(tài)圖像中，使用鼠標準確標定待測晶體，要求標定范圍不能超出晶體。并在動態(tài)圖像上方無晶體的空間內(nèi)，選擇與待測晶體規(guī)格相近的區(qū)域，此區(qū)域?qū)⒆鳛閰⒖紖^(qū)域。圖三 然后，點擊下部選項中的BGInc使該按鈕變?yōu)锽GEXC，鎖定選擇區(qū)，點擊Define，定義Acq。之后點擊Test，選擇Unfill，去除最后標定的參考區(qū)域，圖四點擊Define，定義Test（晶體測試區(qū)域）。再點擊Ref，選擇Fill，添加最后標定的參考區(qū)域，點擊Pick，然后用鼠標點擊待測晶體區(qū)域邊框，選擇Unfill，去除晶體待測區(qū)域，點擊Define，定義Ref（參考區(qū)域）。 9.3.6點擊測試界面

10、中左上角Measure按鈕，系統(tǒng)進行自動測算。當監(jiān)視器中左下角出現(xiàn)WedgeX.Xsec（表示被測量器件兩表面的夾角為X.X秒）時，記錄下此時X.X即為晶體的平行度。測試完畢后關閉平行度測試操作界面，點擊左上角X符號，退回到ZYGO主測試操作桌面。 9.4平面度測試 9.4.1調(diào)整監(jiān)視器遙控器上的顯示切換鍵（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于排列狀態(tài)。移除標準參考反射鏡面，將晶體放置到樣品支架上，調(diào)整晶體方向，使其反射回的光斑與十字分劃線交點重合。完成后，按監(jiān)視器遙控器上的顯示切換鍵，使監(jiān)視器處于瀏覽狀態(tài)。點擊ZYGO測試操作桌面中GPI.app按鈕進入平面度測試操作界面。 9.4.2點擊測

11、試界面左上角的Calibrate按鈕（如圖五所示），在彈出的對話界面中點擊Fringe按鈕,對話框中圖像顯示會進行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標標記晶體通光面寬度，在彈出的對話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.4.3點擊測試界面中左上角MaskData按鈕（如圖五所示）,在彈出的有動態(tài)圖像的對話框中，首先從下部選項中選擇晶體外形標定（例如正方形則選擇square）。在動態(tài)圖像中，使用鼠標準確標定待測晶體，要求標定范圍不能超出晶體。點擊Define，定義待測區(qū)域。 9.4.4點擊測試界面中左上角Measure按鈕，系統(tǒng)進行自動測算。當監(jiān)視器中左上角出現(xiàn)PVX.XXXWave（

12、表示被測樣品最高點與最低點之間的距離為X.XXX）時（如圖六所示），記錄此時X.XXX即為晶體的平面度值。測試完畢后關閉測試操作界面，點擊左上角X符號，退回到ZYGO主測試操作桌面。 圖五 圖六 9.5波前畸變測試 主要測試步驟如下： 9.5.1調(diào)整監(jiān)視器遙控器上的顯示切換鍵（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于排列狀態(tài)。扭動參考反射鏡上方的調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)整鏡面方向，使得反射鏡反射回的最亮光斑與十字分劃線交點重合。完成后,按監(jiān)視器遙控器上的顯示切換鍵（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于瀏覽狀態(tài)。點擊ZYGO測試操作桌面中GPI.app按鈕進入波面測試操作界面。 9.5.2將待測晶體放置到樣品支

13、架上，通過觀察監(jiān)視器調(diào)整晶體，使晶體垂直于測試光（監(jiān)視器中晶體邊緣清晰可見）。 9.5.3點擊測試界面左上角的Calibrate按鈕，在彈出的對話界面中點擊Fringe按鈕,對話框中圖像顯示會進行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標標記晶體通光面寬度，在彈出的對話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.5.4點擊測試界面中左上角MaskData按鈕,在彈出的有動態(tài)圖像的對話框中，首先從下部選項中選擇晶體外形標定（例如正方形則選擇square）。在動態(tài)圖像中，使用鼠標準確標定待測晶體，要求標定范圍不能超出晶體。點擊Define，定義待測區(qū)域。 9.5.5點擊測試界面中左上角Measure

14、按鈕，系統(tǒng)進行自動測算。當監(jiān)視器中左上角出現(xiàn)PVX.XXXWave（表示被測樣品最高點與最低點之間的距離為X.XXX）時，記錄此時X.XXX即為晶體的波面數(shù)值（如圖五所示）。測試完畢后關閉波面測試操作界面，點擊左上角X符號，退回到ZYGO主測試操作桌面。10.0細節(jié)說明和結(jié)語 10.1安全要求 10.1.1測量過程中，注意對透鏡的防護，尤其是表面和邊角容易損壞的部位。 10.1.2標準鏡使用時要插入到位，螺絲擰緊。不用時要擺放到盒子中避免意外損壞。 10.1.3使用干涉儀測量面形主要包括以下步驟：開機，選擇、安裝標準鏡，找到待測零件表面干涉條紋，輸入零件號等相關信息，設定長度基準，取掩膜，測量

15、，結(jié)果保存和打印。不同的零件在找干涉條紋和一些設定方面有所區(qū)別，但是基本步驟差不多。 10.2選擇、安裝標準鏡 選擇：平面和柱面選擇平面標準鏡TF，球面選擇球面標準鏡。球面標準鏡在選擇的時候要考慮鏡片的曲率半徑和口徑，參照JENfizar的標準鏡選擇圖例（附件A）。 安裝：將標準鏡的兩個插銷對準標準鏡安裝支架上的卡口插入，旋轉(zhuǎn)，安裝到位，旋轉(zhuǎn)鎖死螺釘固定好。按下控制盒上align/view切換到align模式，將光點調(diào)到十字線的中心。 10.3尋找干涉條紋 10.3.1平面： 將待測面正對干涉儀主機放置到升降臺上，如果是楔角較小的平片或者直角棱鏡之類的可能需要把背面事先涂上凡士林來消除雜光影響

16、。 按下控制盒上的align/view按鈕切換到align模式，調(diào)整待測零件的俯仰和水平旋轉(zhuǎn)在動態(tài)窗口中找到零件表面反射回來的光點，并將其調(diào)整到十字線中心。 再次按下align/view按鈕切換到view模式，微調(diào)零件或者標準鏡的俯仰和水平旋轉(zhuǎn)，將條紋調(diào)到3根左右。 10.3.2球面 將鏡片夾到六位調(diào)整架上，待測面正對干涉儀主機。切換到view界面，沿導軌前后移動調(diào)整架至干涉儀的出射光聚焦到零件表面（可用一張小紙條貼于零件表面觀察）。此時干涉儀中出現(xiàn)的條紋稱為貓眼像（cateye），也常稱作標準鏡的像。調(diào)整六位調(diào)整架，使零件上下移動把條紋調(diào)到充滿整個視場，微調(diào)標準鏡的位置，使得條紋對稱。 凸面

17、靠近，凹面遠離干涉儀主機尋找表面像，緊盯剛才找到的貓眼條紋，它會漸漸變小然后又慢慢變大，再次變大的條紋就是零件的表面像，微調(diào)六維調(diào)整架將條紋調(diào)到3根。 在整個尋找過程中，光點可能會移動，通過六維調(diào)整架的調(diào)整來保持光點始終在屏幕中心。 如果僅僅要測量面形，找到像之后進入步驟10.4即可；如果還要測量曲率半徑，則在找到鏡片表面像之后按下光柵尺面板上的“X”按鈕讓示數(shù)歸零，再次回到貓眼像位置，此時光柵尺的示數(shù)即為待測零件的曲率半徑。 注意：整個回歸貓眼的過程中不可觸碰任何調(diào)整旋鈕。測得的結(jié)果按照10.4中的說明輸入到ISO窗口中。 10.3.3柱面 柱面的情況比平面和球面要復雜一些，除了要使用平面標

18、準鏡以外還需要使用一塊柱面輔助鏡CGH。使用時，切換到align模式，將CGH的平面對準干涉儀，調(diào)整左右旋轉(zhuǎn)，把第3個光點調(diào)到十字線中心。切換到view模式，微調(diào)標準鏡位置，把CGH周圍的圓環(huán)調(diào)到無條紋，然后再切換到align模式。 將待測柱面母線按與CGH平行的方向放置到調(diào)整架上，移動調(diào)整架至CGH焦點處，微調(diào)待測柱面的左右偏轉(zhuǎn)，在電腦屏幕中看到有一個線狀亮斑，微微旋轉(zhuǎn)柱面的母線方向，使得母線方向與CGH的母線方向完全一致，此時屏幕中看到一條細亮的豎線。調(diào)整前后將細線縮小成點，并調(diào)整到十字線中間。 切換到view模式，再次微調(diào)柱面的旋轉(zhuǎn)和角度將條紋調(diào)正，微調(diào)前后將條紋在弧面方向調(diào)直。 10.

19、4輸入零件信息 點擊measurementcontrol按鈕，在partnumber欄中輸入貨號，serialnumber欄中輸入零件編號。 如果測量的是球面還需要在ISO10110窗口中輸入曲率半徑標稱值、實測值、測試波長、零件有效口徑。 10.5設定長度基準 點擊calibrate按鈕，在彈出的窗口中劃一條已知長度的線，并在彈出的窗口中輸入長度。一般平面可以以零件邊緣或者標準鏡邊緣為基準，球面可以以干涉圖形的邊緣作為基準。如果測量不到整個面面形的球面按照R/（F/#）計算實際測量的口徑，作為長度基準。 10.6取掩膜 10.6.1自動掩膜 測量圓形（球形）零件的時候，可以使用自動掩膜功能，

20、按一定的百分比選取有效測量區(qū)域。點擊analysiscontrol按鈕，在彈出的窗口中選擇autoapertureON，在下面的inside欄中輸入有效百分比，outside欄中輸入中心需要去除的部分。 10.6.2手動掩膜 手動掩膜適用于非圓形零件或者有特殊需求的情況。點擊mask按鈕進入掩膜窗口，按需要選擇circle，rectangle，square，ellipse，curve等形狀的掩膜，在干涉圖上畫出合適的大小，可以通過中間的move，resize，adjust等功能調(diào)整到合適的大小和位置。完成后點擊BGINC按鈕來確認。根據(jù)零件形狀可以使用各種形狀掩膜的組合，如果要挖去一部分，則選中該掩膜點擊unfill按鈕來使其空白。 10.6.3掩膜去除 去除自動掩膜在analysiscontrol窗口中將autoaperture欄中的ON改成OFF即可。去除手動掩膜在mask窗口中選擇pick然后選中需要去除的掩膜，點擊delete按鈕來刪除。點擊clear按鈕則所有掩膜都被清除。 10.7測量 點擊measure按鈕或者控制盒上的measure按鈕或按下鍵盤上“F1”鍵開始測量。 10.8結(jié)果保存和打印 保存：點擊savedata按鈕來保存測試結(jié)果，默認擴展名為*.dat，一般按月份存儲，如果需要可以更改其他保存路徑。 打?。狐c擊黑色的ZYGO的圖標，出現(xiàn)打印對