基于機器微視覺的MEMS平面微運動測試技術(shù)的研究.pdf

1、測試技術(shù)在微機電系統(tǒng)(MEMS)研發(fā)過程與產(chǎn)業(yè)化過程中具有重要的現(xiàn)實意義.基于MEMS的測試技術(shù)主要有MEMS材料特性測試技術(shù)、MEMS動態(tài)特性測試技術(shù)、MEMS可靠性測試技術(shù)等方面.其中動態(tài)特性測試技術(shù)在MEMS研發(fā)過程中具有最為重要的意義.首先,MEMS的動態(tài)特性決定了MEMS器件的基本性能;其次,MEMS微結(jié)構(gòu)三維微運動情況、材料屬性及機械力學(xué)參數(shù)、MEMS可靠性與器件失效模式、失效機理等關(guān)鍵問題均可通過MEMS動態(tài)測試技術(shù)加以解

2、決;同時,通過動態(tài)測試技術(shù),還可以研究一系列相關(guān)的基礎(chǔ)理論問題.因此,MEMS動態(tài)測試技術(shù)近年來得到了國內(nèi)外許多MEMS研究機構(gòu)的高度重視.該文設(shè)計了一套基于機器微視覺的MEMS動態(tài)測試系統(tǒng).整個系統(tǒng)的硬件平臺主要由六個模塊組成:高壓驅(qū)動電路模塊、頻閃驅(qū)動電路模塊、顯微鏡模塊、圖像采集模塊、數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動控制模塊和測試儀器控制模塊.整個系統(tǒng)的軟件平臺主要由九個模塊組成:圖像采集模塊、圖像預(yù)處理模塊、圖像校正與標定模塊、圖像幾何尺寸測量模

3、塊、圖像搜索與匹配模塊、數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動模塊、儀器控制模塊、MEMS動態(tài)特性測量模塊、測試報告生成模塊.基于MEMS動態(tài)測試系統(tǒng),該文提出兩種測試技術(shù)用于對MEMS器件平面微運動特性的測量:模糊圖像合成技術(shù)與塊匹配技術(shù).在模糊圖像合成技術(shù)中,在連續(xù)光照明條件下,獲得一定驅(qū)動頻率下MEMS諧振器的模糊運動圖像,利用各種圖像處理技術(shù)如直方圖均衡化,空域平滑及銳化,小波域消噪及增強等,并對它們進行適當(dāng)組合對所采集到的原始圖像做充分地預(yù)處理;再利

4、用邊緣點檢測技術(shù)測得MEMS諧振器的運動幅度.由于引入了亞像素定位技術(shù),使得諧振器運動幅度的測量精度達到了亞像素精度.結(jié)合掃頻技術(shù)得到一系列驅(qū)動頻率下MEMS諧振器的運動幅度,從而獲得MEMS諧振器的幅頻特性曲線.最終得到MEMS諧振器的諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)等特性參數(shù).在塊匹配技術(shù)中,利用頻閃成像原理采集高速運動MEMS器件的清晰圖像,對采集到的一系列不同相位不同驅(qū)動頻率下MEMS器件的圖像,利用塊匹配技術(shù)對它們進行分析,從而得到MEMS