基于多图像融合的MEMS显微三维形貌重构

针对微型机电系统(MEMS)的三维测量,显微镜或光学轮廓干涉仪等传统方法存在显微测量精度低、设备成本高等问题,且当结构含有较多断裂面时,解包裹算法效果欠佳。本文提出一种基于多图像融合的MEMS显微三维测量方法。不同于多角度显微三维测量方法,本研究首先利用单目显微镜,通过单一轴向移动获取一系列测量目标深度信息的单一角度图像,并利用去雾算法对图像进行预处理,实现了去噪和有效信息提取的目的;然后通过聚焦测度算法获取待测对象的深度信息;最后利用数据处理软件进行三维拟合。基于上述原理,本文以焦平面阵列(FPA)作为待测目标进行了测量实验。本文提出的三维测量方法和图像处理算法可获得更准确的FPA形貌,可清晰显示反射面与支腿部分及反射面上的释放孔,测得FPA的支腿长度为110.6μm,每个反射面的像元尺寸为120.8μm×70.8μm,与设计值基本吻合,解决了断裂面难以测量的问题,同时降低了微结构测量的难度和成本。单目显微镜单向移动的多图像融合测量技术对MEMS的三维形貌测量具有重要意义,去雾算法在图像融合与三维测量的图像处理也有很好的应用价值。     

基于气体润滑技术的MEMS透平研究进展

高能密度和微型化已经成为动力设备发展的必然趋势,然而,润滑技术的发展直接制约着高速透平的极限转速。微机电系统(MEMS)中的高速透平内轴承与转子间最小间隙为微米量级甚至更小,必然会给装置的设计和制造带来一些新问题。文中简要介绍了基于气体润滑技术的MEMS透平国内外发展状况,并对相关领域的研究进展进行了展望。     

基于节点分析法的复杂MEMS系统级仿真研究

系统级仿真在MEMS产品的设计开发过程中具有重要作用。本文在概要介绍两种统一环境下MEMS系统级仿真建模方法,即模拟/混合信号硬件描述语言（VHDL-AMS、Verilog-A等）表述法和等效电路法的基础上,借鉴MEMS结构化设计即节点分析的思想,提出了一种有别于常规信号流类比方法,适于复杂MEMS系统快速仿真的等效电路建模思路与方法,并结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例,对其进行了具体介绍和验证。最后,对VHDL-AMS语言描述法与本文所提出的等效电路法各自的应用原理、特点等进行了比较和总结。     

新工艺推动工件表面三维测量进入实用阶段

在以汽车工业为代表的批量生产制造业中,工件表面微观结构的二维测量迄今仍处于主流地位,这主要是由所采用的工艺和已建立的完善的评定体系决定的。但近几年,随着激光造型等新工艺在一些重要工序中的应用日趋增多,表面微观结构的三维测量也进入了实用阶段。本文通过实例对其进行了描述,并就相关的评定参数做了介绍。     

基于MEMS微加速度计的无视觉传感器防摇控制系统研究

通过建立起重机吊重摆动的数学模型,明确吊重摆角与小车运行加减速之间的关系,并将MEMS微加速度计应用到起重机的防摇控制中,建立闭环控制系统,适时根据吊重摆角大小修正小车速度指令,实现防摇控制。实验证明,这种方法简单、经济,不需要安装视觉传感器测量吊重摆角,可以有效地消除载荷的摇动。     

非接触式表面电势测量的MEMS微型静电压仪

针对工业中的表面电势测量应用,研制了一种新型的基于微机械加工技术(MEMS技术)的微型静电压仪.为了提高器件的信噪比和灵敏度,传感器敏感结构基于谐振式工作原理,并采用差分激励和差分敏感的结构设计.基于高速数字芯片和数字信号处理技术,研制了传感器的数字化检测系统原理样机.该传感器可实现非接触式表面电势测量,在距离目标表面20 mm位置,该传感器最小分辨电压优于10 V,精度优于10%.文中还进行了摩擦泡沫表面电势的测量,试验结果表明:该传感器可反映表面电势的变化和电荷衰减.     

微惯性测量单元的误差整机标定和补偿

提出了微惯性测量单元(MIMU)在高动态、高过载复杂应用条件下的误差整机标定和补偿方法.首先,建立了高动态,高过载复杂应用条件下MIMU的误差模型,该模型包括了结构误差,传感器安装误差和MEMS惯性传感器在复杂条件对精度影响较大的误差项,指零位温度漂移、互耦误差、刻度因子非线性和微陀螺加速度效应误差;根据模型提出了整机...     

机械零件三维表面形貌测量与评定的研究

介绍了机械零件三维表面形貌的测量与评定,分析了激光干涉式位移传感器的光学原理和干涉条纹信号的细分方法.激光干涉式位移传感器的精度达到了5nm左右.另外,带计量系统的二维工作台也是整个测量系统的关键部分.因为采用了光栅尺作为二维工作台的计量系统,所以在表面形貌的测量过程中二维工作台在X和Y两个水平方向上都能获得精确的定位.     

对新国标"产品文件中表面结构的表示法"的解读

在机械图样上,为保证零件装配后的使用要求,除了对零件各部分结构的尺寸、形状和位置给出公差要求,还要根据功能需要对零件的表面质量-表面结构给出要求.新国标GB/T131-2006《产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法》中规定,表面结构是表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面纹理和表面几何形状的总称;并对轮廓参数,特别是粗糙度轮廓(R轮廓)在图样中的表达和标注作了新的规定.新国标与将代替的旧国标GB/T131-1993在读解和标注上有相当的不同.     

MEMS用平面弹簧结构形状与刚度关系的研究

平面微型弹簧是微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)中一种常用的弹性元件.在平面微型弹簧的设计与应用中,弹簧的刚度系数是其一个非常重要的参数.弹簧的刚度系数是由弹簧的形状、结构、尺寸和弹簧的材料确定的.利用材料力学的能量法,研究平面微型弹簧基本结构、形状和其刚度系数的关系,为设计平面微型弹簧提供理论指导.     

表面粗糙度三维评定的研究

对表面粗糙度的三维评定进行了研究。给出了基准面的构造方法 ,三维评定参数的定义及算法 ;最后对实测零件数据分别进行二维和三维评定 ,对评定结果加以比对 ,反映出三维评定的整体特性。     

表面三维微观形貌检测技术及其发展

从表面特征衡量的角度阐述三维参数评定的客观性及合理性,强调三维微观形貌测量的重要民生。介绍当前表面三维微观形貌检测的多种测量方法及其特点,并阐述该测量技术的发展及趋势,提出表面形貌检测应从简单过程检测的角度扩展到完成工艺优化角色的思想。     

非接触三维曲面测量

本文综述了非接触三雄由面测量的全息等高技术、莫尔等高技术、光三角法及坐标测量法。     

面向MEMS构件在线检测和三维外型测量的立体视觉系统

开发了可用于MEMS微制造和微装配过程的一种面向MEMS构件的在线监测和三维外型测量的视觉系统。介绍了该系统的设计、结构、工作原理及实现，并讨论了立体视觉模块的一些关键技术。参考微操作系统的原理，将立体视觉技术引入MEMS构件的检测，实现了由体视显微镜和一个CCD摄像机构建光学系统的三维外型视觉测量系统。实验结果表明，该系统是一种有效的三维检测解决方案。加以少量结构改进，该系统可以用于微制造和微操作过程中对MEMS构件的在线监测和三维外型的视觉测量。     

MEMS三维动态测试系统的同步控制方法

为使M EM S(m icro e lectro m echan ica l system)三维静动态测试自动可靠地进行,基于测试系统的测量原理及其精确同步控制要求,提出了相应的计算机同步控制方法。详细讨论了同步控制的设计实现及关键技术。通过对压力传感器膜和硅微陀螺仪的静动态测试,验证了同步控制的准确性和可靠性。     

一种基于相移技术的物体表面三维轮廓测量方法

提出一种将阴影莫尔条纹法与相位测量技术相结合的物体表面三维轮廓测量方法 ,该方法利用电磁铁和精密机械部件对光栅进行定位控制以实现精确相移 ,并采用三步相移技术对CCD摄像机采集的物体表面形貌莫尔条纹进行相位解调 ,可有效实现物体表面三维轮廓的高速、高精度自动测量。     

一种从器件三维实体到工艺版图的MEMS CAD技术

研究了标准三维实体文件和版图文件的格式,在此基础上提出了一种在MEMS CAD中从三维实体到工艺版图的转换方法,实现了直接基于文件到文件的三维实体到工艺版图的转换,使用C++语言开发了相应的转换接口。通过典型MEMS器件——微机械加速度计和微机械陀螺的多种结构,验证了三维实体到二维版图转换的可行性与效率。结果表明,这种转换方法切实可行,且效率较高,为实现MEMS自顶向下与基于任意流程的设计方法、简化版图绘制、提高设计效率提供了一种有效的途径。     

薄壁类零件三维数据测量方法探索

现有三维扫描系统在进行薄壁类零件测量时,获取点云数据存在一定难度。以发动机叶片为例,利用拍照式三维扫描系统获取其点云数据,借助Stereo-3D及Geomagic Studio两款软件对点云进行处理,获得了反映叶片真实几何形态的曲面结构。实验结果表明,测量方法有效,可为其他薄壁类零件的数据测量提供参考。     

三维曲面的光学非接触测量技术

对三维曲面的光学非接触测量中的各种方法进行了较为全面的介绍,并重点说明了目前几种常用测量方法的发展状况和在其原理基础上研制的新型传感器。     

基于成像模拟法的镜面体表面三维测量

针对计算机视觉对表面光滑且连续的镜面体三维外形测量中存在的难题,提出一种基于成像模拟法的测量方法。分析镜面反射的几何光学原理,根据镜面体表面光线反射的特性,使用相机和液晶显示器组成测量装置对镜面物体进行测量。使用平面镜对相机和显示器进行参数标定,并使用时间相移法对显示器上的像素点进行编码,从相机拍摄的镜面物体反射的条纹图像出发,采用光线逆跟踪方法,使用参数曲面反向模拟镜面物体的反光过程,通过调整曲面参数使得模拟的反射光线和显示器交点与实际位置距离误差最小,即可获得镜面体表面的三维数据。通过试验验证了该方法的有效性,具有较高的测量精度。