雙光路掃描式微型機構(gòu)三維測量系統(tǒng).pdf

1、科學及其技術(shù)的不斷進步使得微型化逐漸成為近代工業(yè)發(fā)展的趨勢。隨著微細加工技術(shù)特別是微機電(MEMS)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，微型機構(gòu)已經(jīng)越來越多的出現(xiàn)在機械工業(yè)，生物醫(yī)學，航天航海等各個領(lǐng)域。微型機構(gòu)的三維形貌對物體的導電性，導熱性，反射性，抗腐蝕性以及其他方面的性能都有很大的影響。近些年，隨著計算機技術(shù)、光學和光電子技術(shù)的迅速發(fā)展所帶來的測量技術(shù)的不斷更新，對于MEMS這類的微型機構(gòu)三維形貌和結(jié)構(gòu)的測量越來越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的物體三維測量

2、技術(shù)有飛行時間法、光觸針法、干涉測量法、原子力顯微鏡法。但是這些測量方法只能對物體的表面一部分進行簡單的形貌或粗糙度進行測量。而不能對MEMS這類微型機構(gòu)整體的三維結(jié)構(gòu)和各個部分的厚度進行綜合性的反映。因此，目前非常需要發(fā)展一種能夠準確、直觀的反映微型機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)和精確標度微型機構(gòu)各個部分厚度的三維測量技術(shù)。 本文的研究課題就是在上述的背景上，提出了一種雙光路掃描式微型機構(gòu)三維測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了非接觸、無損、在線實時測量。其

3、縱向分辨率達到2微米，測量范圍從幾十微米到幾厘米。該系統(tǒng)不僅可以直觀的反映出微型機構(gòu)的三維概貌，還能夠精確的測出微型機構(gòu)的各個部分的厚度。為微型機構(gòu)的性能的研究提供了一種重要的依據(jù)。 本論文分別從理論方法、系統(tǒng)設(shè)計以及實驗測試三個方面對這種三維測量系統(tǒng)進行了研究，主要創(chuàng)新點和研究工作總結(jié)如下： 首次提出了雙光路掃描式微型機構(gòu)三維測量的新方法。并對這種方法進行了可行性的理論分析。這種方法不僅能夠快速準確的測量出微型機構(gòu)的三

4、維結(jié)構(gòu)而且可以測量微機機構(gòu)各個部分的厚度?？梢宰鳛檠芯縈EMS這類微型機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)和性能的重要工具。 研制開發(fā)了一套雙光路掃描式微型機構(gòu)三維測量系統(tǒng)。設(shè)計了雙光路的光電檢測探頭?？梢哉{(diào)節(jié)激光器的位置和光束的角度，保證測量的準確度。搭建了二維掃描臺，可以對樣品進行精確的定位和掃描。設(shè)計出光電檢測信號的處理電路和步進電機的控制電路。 設(shè)計出了完整的軟件系統(tǒng)，率先實現(xiàn)了利用各點的厚度信息重建出微型機構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。軟件系統(tǒng)中包括