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基于白光扫描干涉术的微结构大范围表征方法研究

作　者: 常红
导　师: 郭彤
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微结构白光干涉技术大范围纳米测量机包络峰探测算法
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 66次
引　用: 4次
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内容摘要

随着现代制造业、微电子、微机电系统(MEMS)以及纳米技术的应用发展,对微结构的测量要求越来越高,其中MEMS阵列器件、MEMS多层结构器件、超精密加工器件对测试系统的测量范围、测量速度和测量精度有着更高要求。基于白光扫描干涉术的光学方法具有非接触、无损伤、高精度和全视场等特点,可以满足这些要求。本课题通过在纳米测量机(NMM)上安装光学干涉测量系统,搭建了基于NMM的微结构大范围白光扫描干涉测量系统,实现了25mm×25mm×5mm范围内的高精度测量。本课题完成的具体工作主要有:1.通过对国内外微结构几何量测量技术和方法的充分调研,为实现微结构的大范围高精度测量,在本系统中采用了白光扫描干涉技术。2.分析了大范围测量的实现原理。首先分析了白光垂直扫描干涉的测量原理,在此基础上提出了实现大范围测量的两种方法:白光垂直扫描干涉&图像拼接和白光水平扫描干涉,并对两种方法的测量原理和处理算法进行了分析。3.搭建了基于NMM的大范围高精度白光扫描干涉测量实验系统。其中相应的硬件包括:Mirau干涉物镜、光学成像结构、图像采集部分(CCD摄像机和图像采集卡)、NMM以及系统的支撑结构等;相应的软件包括:使用LABVIEW编写的用于完成扫描干涉测量的控制界面,以及与之相结合的用于后续数据处理分析的MATLAB程序。4.利用搭建的系统实现大范围测量实验。先利用单色光相移干涉和白光垂直扫描干涉实验对系统的性能和精度进行了评价,再利用白光垂直扫描干涉、白光垂直扫描干涉&图像拼接和白光水平扫描干涉实验完成对微结构在x、y、z三个方向的大范围高精度测量。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 微结构测试  8-13
    1.1.1 微结构的测试需求  8
    1.1.2 微结构的测量方法  8-12
      1.1.2.1 接触式测量  9-10
      1.1.2.2 非接触式测量  10-12
      1.1.2.3 存在问题  12
    1.1.3 微结构几何量测量的发展趋势  12-13
  1.2 白光干涉术的发展现状和趋势  13-14
  1.3 课题来源与主要研究工作  14-16
第二章基于白光扫描干涉术的大范围测量原理  16-32
  2.1 白光扫描干涉测量方法的原理  16-24
    2.1.1 白光干涉的典型特性  16-18
    2.1.2 白光扫描干涉测量方法  18-24
      2.1.2.1 白光垂直扫描干涉测量  19-20
      2.1.2.2 白光水平扫描干涉测量  20-24
      2.1.2.3 垂直扫描和水平扫描的比较  24
  2.2 图像拼接  24-28
    2.2.1 图像拼接流程  25
    2.2.2 图像配准  25-27
    2.2.3 图像融合  27-28
  2.3 包络峰探测算法  28-32
第三章测量系统设计与构建  32-46
  3.1 显微干涉光学系统  32-35
    3.1.1 显微干涉仪  32-34
    3.1.2 光学成像系统  34-35
  3.2 纳米测量机  35-39
    3.2.1 NMM的基本原理  35-36
    3.2.2 NMM作为扫描定位平台  36-37
    3.2.3 NMM的定位噪声  37-39
  3.3 图像采集系统  39-40
  3.4 硬件组成  40-41
  3.5 软件实现  41-46
    3.5.1 LABVIEW控制界面  41-45
    3.5.2 MATLAB数据处理  45-46
第四章实验结果与分析  46-73
  4.1 系统性能与精度评价  46-48
  4.2 图像像素的标定  48-51
  4.3 z方向大范围测量  51-55
  4.4 垂直扫描&图像拼接大范围测量  55-65
    4.4.1 单次大视场测量  55-57
    4.4.2 小视场下有重叠的图像拼接测量  57-59
    4.4.3 小视场下无重叠的图像拼接测量  59-63
    4.4.4 垂直扫描&无重叠图像拼接大范围测量  63-65
  4.5 水平扫描大范围测量  65-73
第五章总结与展望  73-75
参考文献  75-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79

基于白光扫描干涉术的微结构大范围表征方法研究

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