谐振式MEMS压力传感器的设计与分析

提出一种基于静电激励/压阻检测的硅微谐振式压力传感器,该器件采取面内动平衡的振动模式,为了抑制压力敏感膜片受压变形时谐振器的高度变化,在谐振器固定端设计了悬置扭转结构。根据对传感器数学模型的分析与建立,并利用MEMS有限元仿真软件对传感器在0～120 kPa范围以及全范围过压1.5倍下进行模拟分析与仿真验证,初始频率为24.01 kHz,传感器灵敏度达18 Hz/kPa。利用硅-硅键合技术实现压力传感器的真空封装,并通过TSV通孔技术将传感器与电路芯片进行三维混合集成封装。     

基于硅硅键合技术的高精度压力传感器的研究

硅压阻压力传感器核心部件一般是由单晶硅和玻璃组成的微结构,由于单晶硅和玻璃的材料特性存在差异,在制造过程中会引入封装应力对传感器的性能产生不利影响。采用硅硅键合技术制造压力传感器核心部件的微结构,以同质材料替代异质材料实现器件的封装,可有效减少封装应力,提升压力传感器的性能。文中通过结合硅压阻压力敏感芯片的制造工艺和硅硅键合工艺,实现了敏感芯片与硅衬底间的硅硅键合,键合强度达到体硅强度。研制的差压型压力敏感芯片装配成传感器的零点温度漂移下降60%,静压误差下降约1个数量级。     

燃油蒸汽压力传感器的封装研究北大核心CSCD

为了实现面向汽车燃油蒸汽压力检测的压阻式微压传感器封装,应对其油污、振动的使用环境,减小封装结构应力对压敏芯片的影响,采用芯片背面承压,与电路集成在一块陶瓷基板上,再同塑料外壳组装成完整传感器的封装方式。通过仿真软件辅助设计,研究了贴片胶、外壳以及基板对压敏芯片的影响,确定了最优封装结构和参数,封装样品经过测试全温区最大误差约为1.2%FS,满足使用需求,通过这种封装方式降低了传感器的尺寸和成本。     

德尔森——高端智能传感器的中国智造——访德尔森控股有限公司总经理 牟恒

正关于MEMS传感器MEMS(微电子机械加工系统)技术的日趋成熟将为传感器行业带来一场新的革命,对于压力、差压、液位与流量传感器/变送器而言,其封装的传感器芯片将决定最终产品的性能与等级。以目前国际市场上广泛采用的硅芯片技术而言,硅压阻技术加工工艺成熟,但其信噪比特性与温度特性有待提高;硅谐振技术加工工艺复杂,过压特性不好;德尔森MD系列芯片采用创新的单晶硅双梁悬浮式技术,结合了硅压阻与硅谐振技术双方特点,并于设计与工艺上做出了创新的优化实现高精度、高稳定、低温度影响、超高过压等优异性能,完全适用于工业过程控制、自动化制造、航天航空、汽车与船舶、医疗卫生等多个领域。     

面向IC封装的显微视觉定位系统

为了实现IC封装设备视觉定位系统的整体构建,在分析面向IC封装的视觉系统的基础上,对显微成像系统、视觉系统标定以及模式识别定位算法进行了研究。针对面向IC封装的视觉定位系统的特点,搭建视觉系统,并进行了系统标定。用Matlab编写了模式识别定位软件界面,并进行了相关试验研究。实验分析了系统的定位精度和稳定性,实验结果表明,标定误差基本满足正态分布,XY方向的平均误差为0.0145和0.1065pixel,方差为0.3103和0.2775pixel。经过对视觉定位系统的标定,并使用某种IC芯片进行实际定位实验,结果显示匹配定位误差可以控制在3.5μm(0.4pixel)以内。该视觉系统实现了亚像素级的定位精度。     

分布式质量块结构高g值加速度传感器仿真分析

针对航空航天、机电、石油等领域的高g值加速度监测需求,设计了一种分布式质量块结构的压阻式加速度传感器。运用敏感性分析和响应面方法对敏感结构模型优化,同时提升结构的固有频率和灵敏度;研究所构建模型在不同方向加速度作用下的应力分布特点,设计抗交叉干扰的传感器信号检测电路;分析结构的加工流程及封装工艺,有利于下一步制造应用。仿真结果表明：该传感器的量程为100 000g,灵敏度为2.18μV/g,一阶固有频率为157.82 kHz,理论上消除了横向交叉干扰,有效提升了传感器的性能。     

采用凸点识别的RFID微小芯片定位算法研究

实现微小芯片的凸点和基板天线的互连是射频识别(RFID)电子封装设备的关键技术,其中芯片上凸点的定位是精密操作中的难点之一。研究RFID标签封装设备中芯片上凸点的视觉定位,提出一种基于改进的SUSAN(Smallest Univalue Segment Assimilating Nucleus)角点检测的算法。用改进的SUSAN角点检测算法提取凸点特征,根据凸点特征计算出凸点的中心坐标,以此得到凸点的位置信息,实现芯片上凸点的精确定位。目前提出的算法已成功应用到RFID封装设备HEI-DIII上,实验结果表明,与常规的特征匹配算法相比,所提出的凸点识别的RFID微小芯片定位算法耗时短,定位精度较高,对扰动和芯片的大角度旋转不敏感。     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

基于表面微机械技术的压阻式加速度传感器

文中介绍了一种以表面微机械技术制造的带有片上静电自检测功能的压阻式加速度传感器.该芯片制造利用了表面微机械加工技术,以低应力氮化硅薄膜为结构材料,多晶硅作为压阻材料,引入了准LIGA的电镀铜工艺,实现了一款低成本、与IC制造工艺相兼容的压阻式加速度传感器.电镀的铜质量块使压阻输出获得了足够高的灵敏度.利用金属质量块和衬底形成的一对电极,实现了可片上检测器件是否正常工作的片上静电自检测功能.传感器测试结果表明,加速度输出灵敏度为25.1 μV/g,-3 dB频率带宽为1.3 kHz.     

压力传感器的厚膜混合集成封装技术

介绍了一种将硅压阻敏感芯片和加压结构件直接固定在带有厚膜电路陶瓷板上的混合集成工艺方法,厚膜电路中包含了硅压阻芯片的温度补偿、恒流源电路、信号放大和调整电路.通过合理的结构和工艺设计实现了传感器和信号处理电路的集成化,减小了传感器体积,提高了传感器的可靠性、抗振动性能和耐高低温冲击性能,适于批量生产.     

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂,因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素,但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础,建立机器人工具中心点(Tool center point,TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型,避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿,通过建立柔性关节的弹性扭簧模型,将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备,只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集,大大简化数据采集过程。经过补偿后,标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm,验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。     

工件表面质量检测中高速图像采集技术研究

针对工件表面质量在线检测过程中的高速图像采集环节,提出了一种工件图像高速采集方法。分析了图像采集中定位精度、运动模糊、曝光时间和工件运行速度之间的定量关系,研究了传送机构与工件表面的振动对图像采集的影响,设计了图像采集时序。利用光电传感器实现工件的快速触发,使用高精度延时模块实现工件的准确定位,通过减小曝光时间控制运动模糊。基于高速采集方法设计了高速图像采集系统,定位精度小于0.1mm,运动模糊小于1pixel,保证了工件的准确定位和图像的清晰度,有效保证了工件表面质量检测。     

机器视觉在烟包包装检测中的应用

机器视觉是建立在图像处理技术研究基础上的一门新兴检测技术．基于视觉传感器的检测系统具有抗干扰能力强,效率高,组成简单等优点．随着计算机软件．硬件技术的发展,以及机器视觉理论的完善,机器视觉越来越多地应用到工业生产现场的在线．非接触检测及监控。本文提出了一种基于PC板卡式的机器视觉检测方案．用于烟草行业中进行烟包包装检测。     

The development of automated solder bump inspection using machine vision techniques

Visual inspection is an important task in the manufacturing processes for integrated circuit boards. In this paper, we focus on the solder bump inspection problem, and an automated visual inspection method using machine vision techniques is proposed. The solder bump inspection method consists of image grabbing, image preprocessing, feature extraction, and defect detection and classification. Five defect types of solder bumps to be inspected are bridging solder, excess solder, incomplete solder, non-wetting, and missing solder. The solder area, the number of edge pixels, the deviation from center, and the deformation ratio are used as the features for solder bump defect detection and classification. The proposed method is a hybrid algorithm, and it consists of two stages: the training stage and the inspection stage. The experimental results show that the proposed method is effective in detecting defects of solder bumps.     

发动机缸体视觉图像定位方法研究

针对发动机缸体孔系实现在线自动测量的难题,提出了基于视觉图像的发动机缸体定位方法。通过面阵CCD获取发动机缸体定位销孔图像信息,利用图像处理提取定位销孔中心位置,以此建立每个被测缸体的测量基准。使用环形双峰阈值法与中值滤波对图像进行预处理,有效地解决了定位销孔具有倒角影响图像边缘提取精度的问题。为验证此定位方法的准确性与可行性,分别进行了发动机缸体定位孔直径与位置度重复性测量与发动机缸体上表面孔组直径与位置度重复性测量实验。实验结果表明所提出的视觉定位方法稳定可靠,实现了发动机缸体的快速、精确定位,为实现发动机缸体的在线检测打下了可靠基础。     

线结构光视觉传感器测圆(类圆)孔中心两步法

针对基于工业机器人平台柔性三维视觉检测系统,提出线结构光视觉传感器测量空间圆(类圆)孔中心两步法。根据线结构光视觉传感器测量模型,确定被测圆心近似z向坐标。根据圆心相对摄像机光心的方位,确定被测圆心的x、y向坐标。该方法突破了传统空间圆(类圆)孔中心测量仅能采用双目视觉传感器的方式。研究结果表明,该方法切实可行,可以满足实际测量需求,能够极大地扩展线结构光视觉传感器的应用范围。     

超声波检测焊点质量的建模方法及应用分析

介绍了两层板焊接时焊点的有限元建模方法：通过金相实验得到焊点尺寸参数,利用超声检测的回波衰减理论及超声波传播衰减信号得到焊点阻尼系数。首先建立了材料为BLD的两层板多类型焊点有限元模型,然后通过与设备检测对比的方法验证了模型的准确性,最后研究了探头在曲面检测工况下角度定位的灵敏度问题,并通过实验进行了验证,实验结果表明：对曲面焊点质量进行检测时,探头角度偏离法线10°范围内,检测结果受到的影响很小。     

基于阵列式压电振动频谱衰减的结冰区域定位研究

为克服传统结冰传感器无法实现翼面大范围多区域结冰探测问题,提出了一种基于灰度重心法的多结冰区域定位方 法。 该方法通过采集结冰前后压电阵列的振动谱,提取频谱幅值衰减率作为定位特征值,并结合基于多点结冰概率检测的重构 算法和灰度重心法计算得到多个结冰区域的中心坐标,实现对平面或曲面上多个结冰区域的定位。 当扫频频率范围 0. 5 ~ 5 kHz 时,在 70 mm 直径的结冰条件下,铝板单结冰区域定位平均误差为 27. 4 mm,两结冰区域定位平均误差为 29. 04 mm;翼面 结冰横向定位平均误差为 22. 6 mm。 为了进一步提高定位精度,提出了一种基于小波包分解的敏感频带选择的特征提取方法。 优化后的实验结果表明,铝板单结冰区域定位精度提高了 34. 59% ,定位误差波动程度降低了 45. 67% ,翼面结冰的横向定位精 度提高了 54. 87% ,横向定位误差波动程度降低了 46. 63% ,实现了较高精度的多结冰区域定位探测,为面式结冰探测提供了一 种新思路。     

中心偏移的全景环形图像快速展开

采用机器视觉技术检测管道内表面质量时,获取的原始图像几何中心与其前景区管壁全景环形图像中心存在偏移,从而会使以图像几何中心展开的图像产生失真的现象.本文针对存在中心偏移的全景环形图像提出了快速展开算法以减小由上述原因造成的图像中几何特征量的测量误差.提出的算法通过最小二乘拟合圆心法找到全景环形图像上代表管壁某一截面的拟合圆,继而得到全景图像的中心参数,然后通过四分之一圆扫描方法快速展开全景图像,并对展开图像的帧纵横比进行修正,还原全景图像.实验结果表明:将一幅全景图像环状检测区域展开成分辨率为2 044 pixel×199 pixel的矩形图像所需时间为0.868 s,展开图像中目标外形尺寸相对误差均在1.54％以内,满足图像处理对实时性和准确性的要求.     

基于精度检测的自由曲面定位方法研究

针对自由曲面零件检测过程中难以准确定位的问题，提出了具有标准CAD模型的被测曲面。先提取曲面边缘，二值化后利用边缘图形的质心和最小惯性主轴对齐待测曲面和CAD模型。进行质量检测，并给出了质心的算法。