雙光路掃描式微型機(jī)構(gòu)三維測(cè)量系統(tǒng).pdf

1、科學(xué)及其技術(shù)的不斷進(jìn)步使得微型化逐漸成為近代工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著微細(xì)加工技術(shù)特別是微機(jī)電(MEMS)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，微型機(jī)構(gòu)已經(jīng)越來(lái)越多的出現(xiàn)在機(jī)械工業(yè)，生物醫(yī)學(xué)，航天航海等各個(gè)領(lǐng)域。微型機(jī)構(gòu)的三維形貌對(duì)物體的導(dǎo)電性，導(dǎo)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(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)和光電子技術(shù)的迅速發(fā)展所帶來(lái)的測(cè)量技術(shù)的不斷更新，對(duì)于MEMS這類(lèi)的微型機(jī)構(gòu)三維形貌和結(jié)構(gòu)的測(cè)量越來(lái)越受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的物體三維測(cè)量

2、技術(shù)有飛行時(shí)間法、光觸針?lè)?、干涉測(cè)量法、原子力顯微鏡法。但是這些測(cè)量方法只能對(duì)物體的表面一部分進(jìn)行簡(jiǎn)單的形貌或粗糙度進(jìn)行測(cè)量。而不能對(duì)MEMS這類(lèi)微型機(jī)構(gòu)整體的三維結(jié)構(gòu)和各個(gè)部分的厚度進(jìn)行綜合性的反映。因此，目前非常需要發(fā)展一種能夠準(zhǔn)確、直觀的反映微型機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)和精確標(biāo)度微型機(jī)構(gòu)各個(gè)部分厚度的三維測(cè)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(jī)構(gòu)三維測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了非接觸、無(wú)損、在線(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量。其

3、縱向分辨率達(dá)到2微米，測(cè)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(jī)構(gòu)的三維概貌，還能夠精確的測(cè)出微型機(jī)構(gòu)的各個(gè)部分的厚度。為微型機(jī)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(jì)以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試三個(gè)方面對(duì)這種三維測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和研究工作總結(jié)如下： 首次提出了雙光路掃描式微型機(jī)構(gòu)三維測(cè)量的新方法。并對(duì)這種方法進(jìn)行了可行性的理論分析。這種方法不僅能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)量出微型機(jī)構(gòu)的三

4、維結(jié)構(gòu)而且可以測(cè)量微機(jī)機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的厚度。可以作為研究MEMS這類(lèi)微型機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)和性能的重要工具。 研制開(kāi)發(fā)了一套雙光路掃描式微型機(jī)構(gòu)三維測(cè)量系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了雙光路的光電檢測(cè)探頭?？梢哉{(diào)節(jié)激光器的位置和光束的角度，保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。搭建了二維掃描臺(tái)，可以對(duì)樣品進(jìn)行精確的定位和掃描。設(shè)計(jì)出光電檢測(cè)信號(hào)的處理電路和步進(jìn)電機(jī)的控制電路。 設(shè)計(jì)出了完整的軟件系統(tǒng)，率先實(shí)現(xiàn)了利用各點(diǎn)的厚度信息重建出微型機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。軟件系統(tǒng)中包括