輪廓儀是一種測(cè)量?jī)x器，用來(lái)測(cè)量表面的輪廓，以量化其粗糙度。臨界尺寸，如臺(tái)階，曲率，平面度，都是從表面地形計(jì)算出來(lái)的。

雖然表面輪廓儀的歷史概念是一種類似于留聲機(jī)的裝置，當(dāng)表面相對(duì)于接觸式表面輪廓儀的觸針移動(dòng)時(shí)測(cè)量表面，但隨著許多非接觸式表面輪廓儀技術(shù)的出現(xiàn)，這種概念正在發(fā)生變化。

非掃描技術(shù)能夠在單相機(jī)采集中測(cè)量表面地形，不再需要XYZ掃描。因此，可以實(shí)時(shí)測(cè)量地形的動(dòng)態(tài)變化?，F(xiàn)代輪廓儀不僅測(cè)量靜態(tài)地形，而且現(xiàn)在還測(cè)量動(dòng)態(tài)地形——這種系統(tǒng)被稱為時(shí)間分辨輪廓儀。

接觸輪廓儀

金剛石觸針在與樣品接觸時(shí)垂直移動(dòng)，然后在樣品上橫向移動(dòng)指定距離和指定接觸力。輪廓儀可以測(cè)量作為位置函數(shù)的垂直觸針位移的微小表面變化。一個(gè)典型的輪廓儀可以測(cè)量10納米到1毫米高度范圍內(nèi)的小垂直特征。鉆石觸針的高度位置產(chǎn)生模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)、分析和顯示。金剛石觸針的半徑在20納米到50微米之間，水平分辨率由掃描速度和數(shù)據(jù)信號(hào)采樣率控制。觸針跟蹤力的范圍可以在1到50毫克之間。

接觸式輪廓儀的優(yōu)點(diǎn)包括可接受性、表面獨(dú)立性、分辨率，它是一種不需要建模的直接技術(shù)。世界上大多數(shù)表面光潔度標(biāo)準(zhǔn)都是針對(duì)接觸式輪廓儀制定的。為了遵循規(guī)定的方法，通常需要這種輪廓儀。在骯臟的環(huán)境中，接觸表面通常是一種優(yōu)勢(shì)，在這種環(huán)境中，非接觸方法可以最終測(cè)量表面污染物，而不是表面本身。由于觸筆與表面接觸，因此該方法對(duì)表面反射或顏色不敏感。筆尖半徑可以小到20納米，明顯優(yōu)于白光光學(xué)輪廓。垂直分辨率通常也低于納米。

小板研究所接觸式輪廓儀產(chǎn)品

非接觸輪廓儀

光學(xué)輪廓儀是一種非接觸式方法，用于提供與基于觸針的輪廓儀相同的信息。目前使用的技術(shù)有很多種，如激光三角測(cè)量（三角測(cè)量傳感器）、共焦顯微鏡（用于非常小的物體的輪廓測(cè)量）、低相干干涉測(cè)量和數(shù)字全息攝影。

光學(xué)輪廓儀的優(yōu)點(diǎn)是速度快、可靠性高和光斑尺寸大。對(duì)于執(zhí)行三維掃描的小步驟和要求，由于非接觸輪廓儀不接觸表面，掃描速度由表面反射的光和采集電子設(shè)備的速度決定。對(duì)于大型步驟，光學(xué)輪廓儀上的三維掃描可能比觸筆輪廓儀上的二維掃描慢得多。光學(xué)輪廓儀不接觸表面，因此不會(huì)被表面磨損或粗心大意的操作人員損壞。許多非接觸式輪廓儀都是固態(tài)的，這會(huì)大大減少所需的維護(hù)。光學(xué)方法的光斑大小或橫向分辨率從幾微米到亞微米不等。

小坂PU-OS500非接觸輪廓儀

時(shí)間分辨輪廓儀

非掃描技術(shù)，如數(shù)字全息顯微鏡，使三維地形測(cè)量實(shí)時(shí)。三維地形是從單個(gè)相機(jī)采集中測(cè)量的，因此采集率僅受相機(jī)采集率的限制，一些系統(tǒng)以1000 fps的幀速率測(cè)量地形。時(shí)間分辨系統(tǒng)能夠測(cè)量地形變化，如智能材料的愈合或移動(dòng)樣本的測(cè)量。時(shí)間分辨輪廓儀可與頻閃儀相結(jié)合，測(cè)量兆赫范圍內(nèi)的MEMS振動(dòng)。頻閃裝置向MEMS提供激勵(lì)信號(hào)，并向光源和攝像機(jī)提供觸發(fā)信號(hào)。

時(shí)間分辨輪廓儀的優(yōu)點(diǎn)是它們對(duì)振動(dòng)有很強(qiáng)的抵抗力。與掃描方法不同，時(shí)間分辨輪廓儀的采集時(shí)間在毫秒范圍內(nèi)。不需要垂直校準(zhǔn)：垂直測(cè)量不依賴于掃描機(jī)制，數(shù)字全息顯微鏡垂直測(cè)量具有基于激光源波長(zhǎng)的硅內(nèi)垂直校準(zhǔn)。樣品不是靜態(tài)的，并且樣品的地形對(duì)外部刺激有反應(yīng)。通過(guò)飛行測(cè)量，在短曝光時(shí)間內(nèi)獲得了運(yùn)動(dòng)樣品的形貌。當(dāng)系統(tǒng)與頻閃儀相結(jié)合時(shí)，可以完成MEMS振動(dòng)測(cè)量。

光纖輪廓儀

基于光纖的光學(xué)輪廓儀使用光學(xué)探針掃描表面，光學(xué)探針通過(guò)光纖將光干擾信號(hào)發(fā)送回輪廓儀檢測(cè)器?；诠饫w的探頭可以物理地位于距離探測(cè)器外殼數(shù)百米的地方，而不會(huì)導(dǎo)致信號(hào)退化。使用基于光纖的光學(xué)輪廓儀的其他優(yōu)點(diǎn)是靈活性、長(zhǎng)輪廓采集、堅(jiān)固性和易于融入工業(yè)過(guò)程。對(duì)于某些探頭的小直徑，即使在難以觸及的空間（如窄縫或小直徑管）內(nèi)，也可以對(duì)表面進(jìn)行掃描[5]，因?yàn)檫@些探頭通常一次獲取一個(gè)點(diǎn)，并以高采樣速度獲取長(zhǎng)（連續(xù)）表面輪廓是可能的。掃描可以在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行，包括非常高溫或低溫，或在放射性室中進(jìn)行，而探測(cè)器位于距離較遠(yuǎn)的地方，處于人身安全的環(huán)境中。【6】光纖探頭很容易安裝在過(guò)程中，例如在移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)上或安裝在各種定位系統(tǒng)上。