纳米三坐标测量仪(轮廓仪、形貌仪)

针尖：
3D NanoFinger 的针尖架可装不同微探针。针尖的种类多样，从尖锐的线针尖（针尖尖端半径可 达 50nm 的）到球型头各异，用户可根据检测目的和应用范围不同进行选择。
通常细线状针尖可以深入到大深宽比微结构的内部，以纳米精度测量表面的粗糙度、轮廓、尺 寸甚至整个区域的 3D 图像。而具有确定直径的球头主要用来测量样品的尺寸。
球形探头测量样品孔径及结果
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z 用户可以根据需要灵活设置测量方法，可以进行大面积精确测量，也可以先进行大面积低精测
量，然后对特定感兴趣的区域进行高精测量，以节省时间。 z 整个过程非接触的，间距可以保持在可以设定为几个纳米。适合各种固态样品测量，对材料性
质没有特别要求和限制。 z 布局灵活，根据用户测试要求组成合适的系统。平台可以任意组合，探头也以改变安装方向。
3． 测量孔的直径
普通轮廓仪是沿着坐标方向进行扫描。3D Nanofinger 则与此不同，它可以沿一个路径测量。例 如根据样品的情况，沿着其内部或外部轮廓进行测量，这样可以测一些比较复杂的样品及其细部。 样品是一个标准金属块，上面的孔径已用某种计量仪器进行了标定。
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下图所示为两种典型针尖的电镜图像：
细线状针尖，尖端半径 25nm。
尖端弯曲的针尖，可以测量侧壁。
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部分典型的针尖如下表所示：
编号 1 2 3 4 5 7 8 14 15 17 12 16 9 11 13 6 10
针尖形状 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 平头针 尖锐(<～500nm) 尖锐(<～500nm) 球径 d=0.12mm 球径 d=0.3mm 球径 d=0.3mm
综上所示，不难看出 3D Nanofinger 具有很多优点： z 纳米精度测量，而且是三维方向都可保持统一的精度。 z 测量量程跨越纳米到厘米级。 z 用户可以设定测量路径，这样就能沿着样品形状进行测量。适合复杂轮廓测试。 z 配合多种不同功能的探针，可以完成一般轮廓仪无法进行的结构测量。特别是结构内部。
结果
3D Nanofinger
共焦显微镜
光学色散测量设备
沟槽的宽度
250µm
250µm
沟槽的角度
71°
71°
仪器缺点不足 针尖形状度测量结果有影响。需 无法测量沟槽结构 测量错误
要很好的标定和校准。
共焦显微镜结果，它无法测量沟槽深度方向信息。
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光学色散方法的探头扫描图像，测量结果是错误的。
3D Nanofinger 测孔的图片
原参考值 5,001.200µm
3D NanoFinger 测量值 5,001.564µm
测量结果
差值 0.364µm
4．表面粗糙度的测量 Ra 和 Rz：
样品是 Talor Hobson 带的基准样品。根据国家标准。
原参考值
3D NanoFinger 测量值 差值
d=0.3mm
d=0.3mm
描述 直针 直针 直针 直针 直针 直针 直针 直针 直针 直针 弯针 弯针 测杆上装球头 测杆上装球头 测杆上装球头 柱状头 柱状头
其他参数 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.38mm 细线直径 d=0.125mm 细线直径 d=0.08mm d=0.125mm,钩子<1mm,长~9mm d=0.125mm,钩子<1mm,长~9mm 测杆 L~1.5mm d=0.07mm 测杆 L~4mm d=0.2mm 测杆 L~2mm d=0.2mm 不锈钢管 不锈钢管
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下图显示的是用 3D Nanofinger 测量一条已标定为 90°的 V 型槽。
经测量两条线形成的夹角为： f1(x)= -1.00499*X + 3595842.866803 f2(x)= 0.994323*X + 4632506.155209 测量角度为：90.022°
3D NanoFinger 测量值 40,000.129μm 40,000.059μm 18,000.133μm
差值 0.049μm -0.021μm 0.133
结论：3D NanoFinger 测量值更精确。3 个方向的精度都是纳米级，精度统一。
2． 角度测量 该样品为德国国家标准学院 PTB 的基准样品。
用途 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 表面扫描 只用来进行深度测量 表面的直角扫描 表面直角扫描 轮廓测量（内、外） 轮廓测量（内、外） 轮廓测量（内、外） 轮廓测量（外） 轮廓测量（外）
典型型号：
系统布局灵活以满足用户需要。不同的平台安装方法配合各类台架及辅助设备构成检测设备。 最简单的系统为通用型测试平台，如图 1 所示。其他的纳米模块可以方便的安装到平台上，以 进一步扩展功能。也可以如图 2 那样安装在大理石桥架上，并配备 100X100mm2 的高精平台，用来 测量更大的样品或一批样品。该系统分辨率 50nm。
6．极高精度的 3D 形貌图
如前面介绍，3Dnanofinger 三方向运动和测量精度保持一致。可以沿着一条设定的路径测量。 可以测量孔径或样品内部尺寸，外部尺寸（例如轴承上的沟槽） 下图为 CNC 钻床和磨床上使用的刀具刃部的三维图像。
这张图片再次证明了该设备的强大功能。没有一种坐标测量设备或轮廓仪可以提供如此标准的 3D 图像：纳米精度测量从微米到毫米、甚至厘米级尺寸的物体。
左图清晰、直观地显示了整个测 量过程。
z 探针以出发点为测量原点，接近 样品
z 当到达预设定的高度停止。记录 坐标位置
z 系统自动退针到预定高度停止。 z 根据设定的测量规则横向移动到
下一测量点，开始测量。
整个过程由计算机控制完成。
图中 Contact 的意思是到达预先设 定的高度，而非接触到样品表面。整 个过程中样品、针尖保持在几个纳米 的间距（一般为 5nm），为非接触测量。
3D Nanofinger 中国代理： 北京汇德信科技有限公司 地址：北京市海淀区五道口华清嘉园 7 号商务会馆 706 室(100083） 电话：010-82867920/21/22 传真：010-82867919 电子邮件：contact@germantech.com.cn 网址：Http://www.germantech.com.cn
系统的数据处理能力非常强， 可得到多种参数，包括形貌、粗糙 度、坐标尺寸等。同时，系统有自 动控制能力，可以和超精密微加 工、微组装系统组合，例如为微加 工系统提供在线检测，以随时控制 加工质量。
量程为 50X50X20mm3 的系统，带有热补偿的大理石台架。 下图显示了探头安装的两种方式：垂直或水平安装
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
用户自己可以对参数调整，如设定测量路径。
可以测量多种参量如尺寸、粗糙度等。
有可选接口，可与微加工设备集成。
垂直方向：10 或 20mm
技术特点：
与下为 3D Nanofinger 与常见微纳米测量设备和三坐标的比较：
台阶仪
光学轮廓仪
坐标测量仪
测量精度
纳米级
Z 向纳米级
微米级
XY 向微米
量程
毫米级
通常微米级
Ra
6,010 nm
5,882 nm
-128 nm
Rz
23,700 nm
23,218 nm
-482 nm
5．在狭窄的结构中进行扫描测量
以下测量的是玻璃光导上的 V 型沟槽。下图为整个 V 型沟槽阵列的总览。
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单个 V 型沟槽的扫描图像
该沟槽 3D 形貌图
目前还没有其他一种测量方法可以测量这种深沟槽结构。以下为其他两种光学方法的测量结果。
该设备的除涵盖一般轮廓、形貌测量设备的功能外，最突出的特点是可以进行三维高精度坐标 测量，这是其他设备无法做到的。与普通的三坐标测量相比，该设备的测量精度、分辨率要高出几 个数量级。
系统组成与测量原理：
整个 3D Nanofinger 系统由台 架、控制系统、探头、针尖组成。
系统控制单元控制探头沿样 品表面移动，以测量形貌、粗糙度、 尺寸。操作者可根据需要设定参 数，如探头移动的步长，选择、制 定自己的测试模式，以使测量长 度、速度、路径、分辨率达到最优 化。
如果和微加工设备组合，可以实现在线测量。
应用实例：
说明：以下的实例中使用的样品都是用户的标准样，根据国家标准。 实例中的测量值为实验值，不作为验收标准。
1． 量快的外形尺寸测量 样品是一个金属块，之前用某种计量仪器检测过，已知精确尺寸。
X 方向结果 Y 方向结果 Z 方向结果
原参考值 40,000.080μm 40,000.080μm 18,000.000μm
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Nanofinger 探头是完成测量工作 的主要部件，其核心为一个 MEMS 器 件。通过它准确测量针尖和样品间的 距离，分辨精度 0.5nm。当二者间距小 于 10nm 时，MEMS 器件监测到针尖 上信号的变化，从而感知样品的接近。 系统随时记录这种信号的变化，并根 据此前预设的信号/高度参数标定高度 值。
厘米级
小于 1mm
可到米
粗糙度测量 可以
可以
不行
尺寸测量
仅一个方向
XYZ 可测
3D 形貌测量 通常不行
可以
通常不行
探头尺寸
0.2~1 微米
0.2~1 微米
测量自由度
只能沿扫描线测 无法进行复杂尺寸测 5 个自由度
量，无法测复杂样 量
可以测量复杂样品尺
品
寸
3D Nanofinger 三方向都是纳米级 精度一致 可以到厘米级 甚至分米 可以 XYZ 可测 可以 0.05 微米 5 个自由度 可以测量复杂样品 尺寸
纳米三坐标测量仪（轮廓仪、形貌仪）
德国 Klocke 公司的 Nanofinger 是一种兼具原子量级分辨率和厘米级线性行程的纳米定位与测 量系统，系统测量范围大，且具有极高的空间三维精度。可在 50mm x 50mm x20mm 的空间范围内 实现分辨率 1nm 的三維坐标测量，跨越 8 个数量级。
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系统基本参数与功能：
指标适合各种型号的坐标轮廓综合测量系统 z 量程（量程可以选择）
水平方向：10-50mm, 可以升级为 350mm 量程 z 移动分辨率：1nm；探针的分辨精度：0.5nm z 扫描路径可以自由定义，所有的坐标轴都是统一的 z 探针的种类多，从<100nm 的探针到球形测试头 z 控制软件提供探头的自动校准和样品逼近功能。