基于衍射光栅的二维纳米位移测量技术

提出了一种基于正交衍射光栅作为测量基准元件的二维激光干涉测量系统.利用正交光栅的空间对称级的衍射光进行干涉,基于多普勒效应,采用偏振检测的方法获得相位相差90°的干涉信号.通过光电检测把获得的正弦和余弦信号进行相位细分,系统可在平面二维方向上实现纳米级的分辨率.该系统相比其他干涉测量系统,测量结构紧凑,环境因素对其影响较小,可应用于较大行程的平面微位移精密检测.     

基于3D视觉的微通道换热器定位与尺寸测量

为实现微通道换热器生产线的自动化与智能化,提出一种基于3D视觉的微通道换热器定位与尺寸测量方法,以引导机械臂进行抓取上下料。首先,用3D相机以俯视角度拍摄产品,矫正获取的图像并将RGB图像与深度图像对齐;其次,通过产品3D信息的辅助实现精确的二维图像分割以及角点的二维坐标定位;最后,加权拟合角点的深度值,通过角点二维坐标及深度信息进行坐标转换得到其三维坐标,计算产品尺寸。实验结果表明:该算法能够在复杂的背景中实现精确的图像分割与尺寸测量,在测量距离为4000mm时相对测量误差可控制在1%以内,能够满足系统需求。     

一种高电压环境下的二维微位移测量系统研制

高压电容器高低压电极之间不同轴,在通电状态下高低压电极间会产生相对位移,影响电容电压系数。为准确测量在高电压环境下高、低压电极之间的相对位移,研制一种基于微结构特征与数字图像序列分析相结合的二维微位移测量系统。该系统由标片、工业相机、镜头、环形光源、无线通信模块、微型电脑等部分组成。通过激光干涉仪对标片上圆心距离进行精确标定,各方向标定系数分散性标准差为2.16×10~(–4)μm/像素,再通过圆心距离计算测量系统每个像素代表的长度值,采用这种方法可以将系统的测量结果溯源至激光波长。通过对系统精度的实验验证,在[0 mm, 8 mm]测量范围内,所研制系统在二维方向的准确度优于4.9μm。结果表明,该系统满足高压电容器高低压电极之间位移测量精度要求。     

基于图像配准技术的二维平台位置参数视觉测量

提出一种基于图像配准技术测量移动平台二维平移、旋转等参数的视觉测量方法．固定基准图和镜头,使CCD随平台在基准图的像平面内移动或旋转,再由图像配准技术对当前CCD接收到的图像在整个像平面内的位置进行定位,从而可实现微位移平台位置参数的测量．对基准图进行分块设计,并且对每一分块进行二进制编码．如果保证至少有一分块落到CCD成像区域内．实验结果表明系统的位移测量精度可达到亚微米级．     

计量型扫描电子显微镜测控系统研究

为了解决扫描电子显微镜(SEM)在100 nm以下的微纳几何结构尺寸精确测量方面的不足,实现SEM测量值的量值传递与溯源,研制了一套计量型SEM测控系统。该系统主要由位移台运动控制模块、激光干涉位移测量模块和图像采集与处理模块组成,基于LabVIEW图形编程语言开发了测控系统上位机软件。对1μm×1μm二维栅格样品进行尺寸测量实验,结果表明,该计量型SEM测控系统运行稳定可靠,且在10μm测量范围内的测量值示值误差优于10 nm。     

计量型激光椭偏仪初始入射角校准方法的研究

为保证计量型激光椭偏仪测量结果的准确性,研究了一种初始入射角校准方法,通过线性位移台带动CCD相机进行一维运动,其运动轴作为空间线性辅助参考量,实现了椭偏仪的入射激光光轴与自准直仪光轴的90°校准。结果表明:采用该方法校准计量型激光椭偏仪的初始入射角,光轴俯仰角偏差＜0.05°,偏摆角偏差＜0.09°;校准后,对标称值为102.10nm的Si上SiO₂膜厚标准片进行测量,示值误差＜0.4nm,提升了计量型激光椭偏仪测量校准服务的准确性。     

数字散斑相关技术在微结构平面运动测试中的应用

微结构是微器件或微系统的基本组成部分,对其运动特性的测试有助于对器件或系统的性能和稳定性进行评价．为此,针对频闪成像技术获得的微结构运动图像序列,对数字散斑相关技术应用于微结构平面运动特性测试的实现方法进行了探讨,采用梯度法实现全局刚性位移的精确测量,并作为牛顿迭代法的初值进行区域变形量的提取。具有较高的计算效率SiCRF微谐振器平面运动特性测试实验表明,微结构平面刚性位移测量的分辨率和偏差分别能够达到1／100像素和1／20像素,区域变形信息提取的有效性也得到了初步验证．     

微位移视觉测量系统光学结构参数设计方法研究

在激光三角法原理的微位移视觉测量系统中，根据成像公式和原则提出了一种基于Visual C＋＋ 6．0的计算机辅助公式设计法，可以对光学系统结构进行简便、快速和精确计算。该方法不仅可以迅速得到光学系统相关结构参数，还可以应用于光学成像系统光学参数的设计和优化，使整个测量系统的设计和完善更加快速有效。     

基于近场技术的微纳尺度热物性测量系统空间分辨率增强

传统的脉冲激光时域热反射系统通常基于远场光学设计,对于微纳米材料热物性测量的空间分辨率约在3μm～10μm范围,不足以满足先进微电子器件和芯片的热物性测试要求.基于近场光学原理,本文研究了提升时域热反射系统空间分辨率的新颖技术方法,并建立了相应的实验系统.实验获得的微纳结构样品测量数据表明,基于近场技术的时域热反射系统...     

基于线结构激光的滚柱表面参数测量系统

为实现行星滚柱丝杠的滚柱表面参数测量,建立基于线结构激光的测量系统,针对滚柱螺纹牙型角、螺距和牙型高等表面参数的测量方法进行研究。首先,根据线激光三角法的测量原理,设计搭建测量装置系统。激光经成像系统,通过CCD摄像头获取到线激光条纹图像,对其进行预处理并提取出激光条纹中心。其次,根据螺纹形状特点对获取的螺纹轮廓进行ROI提取,将轮廓线分段进行处理,简化处理难度并获取不同的表面信息参数。最后,根据提取出的分段利用曲线拟合、特征点提取等方法计算所有滚柱表面参数。经实验验证:该文提出的测量系统对牙型角的测量重复性达到0.6°,螺距测量的重复性达到15μm,牙型高测量的重复性达到8μm,基本达到滚柱表面参数测量的要求。     

基于MEMS平面弹簧的微小载荷测试方法

本文提出一种微小载荷测量方法,搭建了基于MEMS平面弹簧的测量装置,主要由支撑臂、MEMS平面弹簧和激光位移探测器组成.通过激光位移探测器测量MEMS平面弹簧的微小变形,换算得到所施加的微小载荷.采用深反应离子刻蚀(DRIE)等微加工工艺制作了平面微弹簧,并对其进行理论计算和仿真模拟,给出了刚度范围,最后通过实际测量的方式进行了实验标定.结果显示:MEMS平面弹簧的标定刚度为7.88 mN/μm,其结果与理论及仿真结果较接近,测量精度可达0.08 mN.使用该装置和精密电子天平分别对10组微小质量试块进行测量,其平均误差率为5.75%.     

基于多普勒效应的激光微位移测量系统

介绍了一种可进行动态微位移测量的激光微位移测量系统。该系统以多普勒效应为理论基础，以He-Ne激光器为光源，配置了判向变频系统、CCD视频信号的高速动态采集系统、微机处理系统及干涉图像处理软件包等，较传统测量方法其精度、误差、灵敏度及稳定度都有较大提高，并实现了微位移的全自动测量。     

用于微位移测量的迈克尔逊激光干涉仪综述

迈克尔逊干涉术测量微位移可实现纳米甚至更高的分辨力,并且具备能直接溯源至激光波长等诸多优点,是目前微位移测量的重要技术手段.以限制迈克尔逊干涉仪品质提高的非线性误差为主要切入点,对目前各种基于迈克尔逊干涉原理的激光干涉技术进行了分类介绍,主要讨论了微位移测量中实现高精度和高分辨率的干涉测量技术,最后展望了激光干涉法测量...     

压电驱动MEMS光学扫描镜的研制

为实现高速大角度光学扫描,研制了一种新型压电陶瓷驱动MEMS光学扫描镜．将两块压电陶瓷分别放置在扫描镜背面两侧作为驱动,通过简单的扭转梁结构把两块压电陶瓷沿相反方向上下振动转换成镜片的扭转振动．采用MEMS体硅工艺及微装配技术,制备出器件样品．经测试,大气压下,研制出的扫描镜扫描谐振频率可达21．9kHz,施加200V交流电,谐振态的光学扫描角度为21．8°．测试数据表明该器件适用于激光打印、务形码扫描及微型激光投影显示等领域．     

大行程超精密二维运动平台定位系统的研制

为了解决光学二维线纹标准器的量值溯源和校准以及掩膜板的高精度测量,设计了高精度激光二坐标标准装置.在装置中研制了一套超精密二维运动定位平台,该平台利用双频激光干涉仪测长作为位置反馈,直流力矩电机回转轴作为摩擦轮,通过滑动摩擦力驱动滑动光杆前后移动X-Y气浮平台,该运动定位系统具有运动平稳、重复定位精度高、测量行程大于300 mm以及最小步距分辨力为10 nm的特点,可以满足高精度激光二坐标标准装置要求的大行程、微进给和纳米级定位精度的要求.     

Use of the circular Dammann grating in angle measurement

We describe a novel method of angle measurement by borrowing the concept of the circular Dammann grating (CDG). A three-order CDG is employed in this experiment. The displacement of the tilted angle can be determined accurately by measuring the projection from the distorted CDG image. This method is controlled only by the initial radius of the image and the converging ratio of the lens. Compared with conventional techniques, this technique has the advantages of a simple design with superior resolution to within 1 degree, low cost, and compactness. A theoretical analysis together with experimental results is presented.     

用于微纳米几何量尺寸测量的三维微接触式测头

为实现微纳尺度器件三维几何形貌测量及表征,基于电容和压阻原理,开发了两种三维微接触式测头。其中电容测头测量范围4.5μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为10 nm和25 nm;压阻测头测量范围4.6μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为5 nm和10 nm。两种测头均可集成到纳米测量机,实现微结构几何参数的测量。     

大范围多目标微操作的目标视觉跟踪实现策略

针对在微操作中显微视野远小于操作域,多目标的快速定位及清晰的整体轮廓与高分辨率细微结构视野同时获取比较困难的问题,提出了采用基于小波分频编码的变焦策略对合成的全局视野显微图像进行变焦,实现了显微图像空间区域的连续变化,保证了微操作目标始终呈现在不同空间分辨率的屏幕视野中,为在大范围显微图像中实现微操作目标的快速定位提供了崭新的手段.     

Tracking laser radar for 3-D shape measurements of large industrialobjects based on time-of-flight laser rangefinding andposition-sensitive detection techniques

A tracking laser radar device is proposed for the 3-D measurement of the shapes of large industrial objects. The measuring system includes a servo-controlled measuring head and small reflectors attached to the object. The sensor consists of a tracking sensor, a pulsed time-of-flight rangefinder and angle encoders. The implementation of the tracking sensor and its test results are explained in detail. Tracking is accomplished by illuminating the reflectors of the target object and focusing the reflected light on the surface of a four-quadrant (4Q) position-sensitive detector, the signals of which are used to drive the servo motors of the measuring head. The test results show a tracking sensor resolution of about 0.003 mm (σ value) and bias of about ±0.1 mm when the distance and angle of the target reflector vary in the ranges 2-5 m and ±45°, respectively. The pointing accuracy of the tracking system was better than ±0.3 mm