ZYGO干涉儀GPIXPD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(xì)說明如何使用ZYGO干涉儀測(cè)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(yàn)過程的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。2.0 范圍 本文件涉及用ZYGO干涉儀檢測(cè)平面、球面、柱面元件的一般方法。 3.0 記錄  在檢驗(yàn)過程中將會(huì)生成以下記錄：  3.1干涉圖（保存文件名為*.Tif），在實(shí)時(shí)窗口上點(diǎn)擊FILE-SAVE保存。 3.2測(cè)試數(shù)據(jù)（保存文件名為*.Dat），測(cè)試完成后點(diǎn)擊SAVE DATE保存。4.0 相關(guān)文件 4.1與本文件相關(guān)的文件

2、有：  待測(cè)零件圖紙  5.0 定義  5.1 應(yīng)用（application） 應(yīng)用是ZYGO干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(yīng)用用于不同項(xiàng)目的測(cè)量。比較常用的是GIP.app用于一般的平面和球面的測(cè)量，GPI-Cylinde.app用于柱面面形的測(cè)量，Angle.app用于平行角度的測(cè)試。  5.2 貓眼像（cateye） 又稱為標(biāo)準(zhǔn)鏡的像。標(biāo)準(zhǔn)鏡的出射光在焦點(diǎn)處被返回時(shí)出現(xiàn)的干涉條紋，是透過干涉儀的光線與和它對(duì)稱的標(biāo)準(zhǔn)面之間的干涉圖形。  5.3 鏡片像

3、從標(biāo)準(zhǔn)鏡出射的光在整個(gè)零件表面被原路反射回來與標(biāo)準(zhǔn)面的反射光發(fā)生干涉產(chǎn)生的干涉圖形。包含待測(cè)零件的表面或波前信息，是面形檢測(cè)的主要信息來源。  5.4 升降臺(tái) 可以升降的平臺(tái)，帶有小傾角調(diào)節(jié)功能，一般用于放置平面元件。  5.5 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view切換的2個(gè)模式之一。align模式可以看到一個(gè)黑色固定的十字線和反射回干涉儀的光點(diǎn)，一般用于零件對(duì)準(zhǔn)，特點(diǎn)是視場(chǎng)較大。 View模式是按下控制盒上的align/view切換的2個(gè)模式之一，可以看到干涉條紋，特點(diǎn)是放大率較高，但是視場(chǎng)較小。一般在al

4、ign界面對(duì)準(zhǔn)后在view界面觀察條紋。  5.6 標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量基準(zhǔn)。  5.7 長(zhǎng)度基準(zhǔn) 設(shè)定圖像的長(zhǎng)度基準(zhǔn)，因?yàn)榉糯舐什煌蛘咔舛炔煌瑯哟笮〉母缮鎴D所代表的零件大小可能有很大的差異。設(shè)定長(zhǎng)度基準(zhǔn)的目的就是告訴干涉儀圖形中的一段長(zhǎng)度相當(dāng)于鏡片中長(zhǎng)度的多少，方便控制測(cè)量區(qū)域和設(shè)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(shè)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(zé)  主要

5、包括以下幾個(gè)方面： 6.1 zygo干涉儀使用和維護(hù)部門為品管部。品管部經(jīng)理負(fù)責(zé)保證過程實(shí)施所需的培訓(xùn)及資源 。 6.2按照校準(zhǔn)計(jì)劃對(duì)設(shè)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(shí)施）。 6.4定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)。 7.0 工具、計(jì)量器具、測(cè)量設(shè)備  7.1主要設(shè)備和工具包括：  ZYGO干涉儀，導(dǎo)軌，三爪卡盤，六維調(diào)整架，平面標(biāo)準(zhǔn)鏡TF，各種規(guī)格的球面標(biāo)準(zhǔn)鏡TS，柱面標(biāo)準(zhǔn)鏡CGH，標(biāo)準(zhǔn)平面反射鏡，升降臺(tái) 7.2認(rèn)識(shí)ZYGO干涉儀  ZYGO干涉儀由主機(jī)，測(cè)長(zhǎng)裝置導(dǎo)軌，電腦，控制盒四個(gè)主要部

6、分組成。其中主機(jī)又分為主機(jī)箱，移相頭和標(biāo)準(zhǔn)鏡支架三部分。測(cè)長(zhǎng)裝置是多普勒雙頻激光測(cè)距儀，其中角錐（反射器）安裝在導(dǎo)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(dòng)。 7.3認(rèn)識(shí)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(shí)現(xiàn)某種操作，有些的點(diǎn)開是一個(gè)窗口，右邊是各種圖形、數(shù)據(jù)、信息窗口。8.0 安全要求   測(cè)量過程中，注意對(duì)透鏡的防護(hù)，尤其是表面和邊角容易損壞的部位。  標(biāo)準(zhǔn)鏡使用時(shí)要插入到位，螺絲擰緊。不用時(shí)要擺放到盒子中避免意外損壞。9.0 操作流程  使用干涉儀測(cè)量面形主要包括

7、以下步驟：開機(jī)，選擇、安裝標(biāo)準(zhǔn)鏡，找到待測(cè)零件表面干涉條紋，輸入零件號(hào)等相關(guān)信息，設(shè)定長(zhǎng)度基準(zhǔn)，取掩膜，測(cè)量，結(jié)果保存和打印。不同的零件在找干涉條紋和一些設(shè)定方面有所區(qū)別，但是基本步驟差不多。 9.1開機(jī) 依次開啟ZYGO顯示器電源，機(jī)箱控制面板上電源按鈕：MASTER、MONITOR、AUX1、AUX2，以及干涉儀主機(jī)箱右側(cè)下方POWER。  9.2啟動(dòng)軟件，運(yùn)行程序 打開干涉儀主機(jī)上的開關(guān)以及光柵尺顯示屏背后的開關(guān)，打開電腦開關(guān)啟動(dòng)電腦。進(jìn)入Windows 后，雙擊電腦桌面上的Metropro.exe （如圖一）圖標(biāo)啟動(dòng)干涉測(cè)量分析軟件，運(yùn)行程序，進(jìn)入ZYGO

8、測(cè)試操作桌面。啟動(dòng)完成后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入GPI.app，如果沒有，關(guān)閉當(dāng)前的窗口，待其縮小為按鈕后，在應(yīng)用選擇窗口中點(diǎn)擊GPI.app，或者相應(yīng)的程序。 圖一 9.3平行度測(cè)試 主要測(cè)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(dòng)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(diǎn)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(cè)試操作桌面中angle.app按鈕進(jìn)入平行測(cè)試操作界面。  9.3.2調(diào)整好后將待測(cè)晶體放置到樣品支架上，通過觀察監(jiān)視

9、器調(diào)整晶體，使晶體垂直于測(cè)試光（監(jiān)視器中晶體邊緣清晰可見。）  9.3.3點(diǎn)擊操作界面左下角Measure  Controls 對(duì)話框中的 Refractive index, 錄入待測(cè)晶體的折射率（選擇632.8nm時(shí)對(duì)應(yīng)晶體的折射率，如圖二），按回車鍵確定。圖二 9.3.4點(diǎn)擊測(cè)試界面左上角的Calibrate按鈕，在彈出的對(duì)話界面中點(diǎn)擊Fringe 按鈕,對(duì)話框中圖像顯示會(huì)進(jìn)行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標(biāo)標(biāo)記晶體通光面寬度，在彈出的對(duì)話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.3.5點(diǎn)擊測(cè)試界面中

10、左上角Mask Data按鈕（如圖三、四所示）, 在彈出的有動(dòng)態(tài)圖像的對(duì)話框中，首先從下部選項(xiàng)中選擇晶體外形標(biāo)定（例如正方形則選擇square）。在動(dòng)態(tài)圖像中，使用鼠標(biāo)準(zhǔn)確標(biāo)定待測(cè)晶體，要求標(biāo)定范圍不能超出晶體。并在動(dòng)態(tài)圖像上方無晶體的空間內(nèi)，選擇與待測(cè)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(diǎn)擊下部選項(xiàng)中的BG Inc使該按鈕變?yōu)锽G EXC，鎖定選擇區(qū)，點(diǎn)擊Define，定義Acq。之后點(diǎn)擊Test，選擇Unfill，去除最后標(biāo)定的參考區(qū)域，圖四點(diǎn)擊Define，定義Test（晶體測(cè)試區(qū)域）。再點(diǎn)擊Ref，選擇Fill，添加

11、最后標(biāo)定的參考區(qū)域，點(diǎn)擊Pick，然后用鼠標(biāo)點(diǎn)擊待測(cè)晶體區(qū)域邊框，選擇Unfill，去除晶體待測(cè)區(qū)域，點(diǎn)擊Define，定義Ref（參考區(qū)域）。  9.3.6點(diǎn)擊測(cè)試界面中左上角Measure按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)算。當(dāng)監(jiān)視器中左下角出現(xiàn)Wedge X.X sec（表示被測(cè)量器件兩表面的夾角為X.X秒）時(shí)，記錄下此時(shí)X.X 即為晶體的平行度。測(cè)試完畢后關(guān)閉平行度測(cè)試操作界面，點(diǎn)擊左上角X符號(hào)，退回到ZYGO主測(cè)試操作桌面。 9.4 平面度測(cè)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

12、列狀態(tài)。移除標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(diǎn)擊ZYGO測(cè)試操作桌面中GPI.app按鈕進(jìn)入平面度測(cè)試操作界面。 9.4.2點(diǎn)擊測(cè)試界面左上角的Calibrate按鈕（如圖五所示），在彈出的對(duì)話界面中點(diǎn)擊Fringe按鈕,對(duì)話框中圖像顯示會(huì)進(jìn)行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標(biāo)標(biāo)記晶體通光面寬度，在彈出的對(duì)話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.4.3點(diǎn)擊測(cè)試界面中左上角Mask Data按鈕（如圖五所示）, 在彈出的有動(dòng)態(tài)圖像的對(duì)話框中，首

13、先從下部選項(xiàng)中選擇晶體外形標(biāo)定（例如正方形則選擇square）。在動(dòng)態(tài)圖像中，使用鼠標(biāo)準(zhǔn)確標(biāo)定待測(cè)晶體，要求標(biāo)定范圍不能超出晶體。點(diǎn)擊Define，定義待測(cè)區(qū)域。 9.4.4點(diǎn)擊測(cè)試界面中左上角Measure按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)算。當(dāng)監(jiān)視器中左上角出現(xiàn)PV X.XXX Wave（表示被測(cè)樣品最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離為X.XXX）時(shí)（如圖六所示），記錄此時(shí)X.XXX即為晶體的平面度值。測(cè)試完畢后關(guān)閉測(cè)試操作界面，點(diǎn)擊左上角X符號(hào)，退回到ZYGO主測(cè)試操作桌面。 圖五 圖六 9.5 波前畸變測(cè)試  主要測(cè)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

14、（ALIGN/VIEW），使監(jiān)視器處于排列狀態(tài)。扭動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)擊ZYGO測(cè)試操作桌面中GPI.app按鈕進(jìn)入波面測(cè)試操作界面。 9.5.2將待測(cè)晶體放置到樣品支架上，通過觀察監(jiān)視器調(diào)整晶體，使晶體垂直于測(cè)試光（監(jiān)視器中晶體邊緣清晰可見）。 9.5.3點(diǎn)擊測(cè)試界面左上角的Calibrate按鈕，在彈出的對(duì)話界面中點(diǎn)擊Fringe 按鈕,對(duì)話框中圖像顯示會(huì)進(jìn)行更新，鎖定并顯示監(jiān)視器中畫面。使用鼠標(biāo)標(biāo)記晶體通光面寬度，在彈出的對(duì)

15、話框中，錄入晶體通光面寬度，按回車鍵確定。 9.5.4 點(diǎn)擊測(cè)試界面中左上角Mask Data按鈕, 在彈出的有動(dòng)態(tài)圖像的對(duì)話框中，首先從下部選項(xiàng)中選擇晶體外形標(biāo)定（例如正方形則選擇square）。在動(dòng)態(tài)圖像中，使用鼠標(biāo)準(zhǔn)確標(biāo)定待測(cè)晶體，要求標(biāo)定范圍不能超出晶體。點(diǎn)擊Define，定義待測(cè)區(qū)域。 9.5.5點(diǎn)擊測(cè)試界面中左上角Measure按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)算。當(dāng)監(jiān)視器中左上角出現(xiàn)PV X.XXX Wave（表示被測(cè)樣品最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的距離為X.XXX）時(shí)，記錄此時(shí)X.XXX即為晶體的波面數(shù)值（如圖五所示）。測(cè)試完畢后關(guān)閉波面測(cè)試操作界面

16、，點(diǎn)擊左上角X符號(hào)，退回到ZYGO主測(cè)試操作桌面。10.0 細(xì)節(jié)說明和結(jié)語 10.1 安全要求  10.1.1 測(cè)量過程中，注意對(duì)透鏡的防護(hù)，尤其是表面和邊角容易損壞的部位。 10.1.2 標(biāo)準(zhǔn)鏡使用時(shí)要插入到位，螺絲擰緊。不用時(shí)要擺放到盒子中避免意外損壞。 10.1.3使用干涉儀測(cè)量面形主要包括以下步驟：開機(jī)，選擇、安裝標(biāo)準(zhǔn)鏡，找到待測(cè)零件表面干涉條紋，輸入零件號(hào)等相關(guān)信息，設(shè)定長(zhǎng)度基準(zhǔn)，取掩膜，測(cè)量，結(jié)果保存和打印。不同的零件在找干涉條紋和一些設(shè)定方面有所區(qū)別，但是基本步驟差不多。 10.2選擇、安裝標(biāo)準(zhǔn)鏡  選擇：平面和柱面選擇

17、平面標(biāo)準(zhǔn)鏡TF，球面選擇球面標(biāo)準(zhǔn)鏡。球面標(biāo)準(zhǔn)鏡在選擇的時(shí)候要考慮鏡片的曲率半徑和口徑，參照J(rèn)ENfizar的標(biāo)準(zhǔn)鏡選擇圖例（附件A）。  安裝：將標(biāo)準(zhǔn)鏡的兩個(gè)插銷對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(cè)面正對(duì)干涉儀主機(jī)放置到升降臺(tái)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。  按下控制盒上的align/view按鈕切換到align模式，調(diào)整待測(cè)

18、零件的俯仰和水平旋轉(zhuǎn)在動(dòng)態(tài)窗口中找到零件表面反射回來的光點(diǎn)，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(biāo)準(zhǔn)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(cè)面正對(duì)干涉儀主機(jī)。切換到view界面，沿導(dǎo)軌前后移動(dòng)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(shí)干涉儀中出現(xiàn)的條紋稱為貓眼像（cateye），也常稱作標(biāo)準(zhǔn)鏡的像。調(diào)整六位調(diào)整架，使零件上下移動(dòng)把條紋調(diào)到充滿整個(gè)視場(chǎng)，微調(diào)標(biāo)準(zhǔn)鏡的位置，使得條紋對(duì)稱。  凸面靠近，凹面遠(yuǎn)離干涉儀主機(jī)

19、尋找表面像，緊盯剛才找到的貓眼條紋，它會(huì)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(gè)尋找過程中，光點(diǎn)可能會(huì)移動(dòng)，通過六維調(diào)整架的調(diào)整來保持光點(diǎn)始終在屏幕中心。 如果僅僅要測(cè)量面形，找到像之后進(jìn)入步驟10.4即可；如果還要測(cè)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(shí)光柵尺的示數(shù)即為待測(cè)零件的曲率半徑。 注意：整個(gè)回歸貓眼的過程中不可觸碰任何調(diào)整旋鈕。測(cè)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(fù)雜一些，除了要使用平面標(biāo)

20、準(zhǔn)鏡以外還需要使用一塊柱面輔助鏡CGH。使用時(shí)，切換到align模式，將CGH的平面對(duì)準(zhǔn)干涉儀，調(diào)整左右旋轉(zhuǎn)，把第3個(gè)光點(diǎn)調(diào)到十字線中心。切換到view模式，微調(diào)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)柱面母線按與CGH平行的方向放置到調(diào)整架上，移動(dòng)調(diào)整架至CGH焦點(diǎn)處，微調(diào)待測(cè)柱面的左右偏轉(zhuǎn)，在電腦屏幕中看到有一個(gè)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(shí)屏幕中看到一條細(xì)亮的豎線。調(diào)整前后將細(xì)線縮小成點(diǎn)，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.

21、4輸入零件信息 點(diǎn)擊 measurement control 按鈕，在part number 欄中輸入貨號(hào)，serial number 欄中輸入零件編號(hào)。 如果測(cè)量的是球面還需要在ISO10110窗口中輸入曲率半徑標(biāo)稱值、實(shí)測(cè)值、測(cè)試波長(zhǎng)、零件有效口徑。 10.5設(shè)定長(zhǎng)度基準(zhǔn)  點(diǎn)擊calibrate按鈕，在彈出的窗口中劃一條已知長(zhǎng)度的線，并在彈出的窗口中輸入長(zhǎng)度。 一般平面可以以零件邊緣或者標(biāo)準(zhǔn)鏡邊緣為基準(zhǔn)，球面可以以干涉圖形的邊緣作為基準(zhǔn)。如果測(cè)量不到整個(gè)面面形的球面按照R/（F/#）計(jì)算實(shí)際測(cè)量的口

22、徑，作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)。 10.6取掩膜  10.6.1自動(dòng)掩膜  測(cè)量圓形（球形）零件的時(shí)候，可以使用自動(dòng)掩膜功能，按一定的百分比選取有效測(cè)量區(qū)域。點(diǎn)擊analysis control按鈕，在彈出的窗口中選擇 auto aperture ON，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(dòng)掩膜  手動(dòng)掩膜適用于非圓形零件或者有特殊需求的情況。點(diǎn)擊mask按鈕進(jìn)入掩膜窗口，按需要選擇circle，rectangle，square，ellipse，curve等形狀的掩

23、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(diǎn)擊BG INC按鈕來確認(rèn)。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(diǎn)擊unfill按鈕來使其空白。 10.6.3掩膜去除  去除自動(dòng)掩膜在analysis control窗口中將 auto aperture欄中的ON改成OFF即可。去除手動(dòng)掩膜在mask窗口中選擇pick然后選中需要去除的掩膜，點(diǎn)擊delete按鈕來刪除。點(diǎn)擊clear按鈕則所有掩膜都被清除。  10.7測(cè)量 點(diǎn)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(cè)量。 10.8結(jié)果保存和打印 保存：點(diǎn)擊save data按鈕來保存測(cè)試結(jié)果，默認(rèn)擴(kuò)展名為*.dat，一般按月份存儲(chǔ)，如果需要可以更改其他保存路徑。  打?。狐c(diǎn)擊黑