大量程纳米级垂直扫描系统研究

研究开发了一种大量程纳米级垂直扫描系统,该系统采用粗/精两级驱动,粗驱动子系统由滑动导轨、直流无刷电机、精密丝杠组成,精驱动子系统由平行平板柔性铰链和压电陶瓷组成。对平行平板柔性铰链进行了力学分析,并推导计算了其固有频率。该垂直扫描系统的粗位移和精位移由同一套激光干涉位移计量系统计量。该垂直扫描系统运动范围为0～40mm,运动分辨率为5nm。

基于垂直扫描白光干涉法的金刚石刀具表面粗糙度测量

金刚石刀具切削加工光学表面时,工件表面粗糙度与刀具表面粗糙度密切相关。利用垂直扫描白光干涉法,获得了金刚石刀具前、后刀面粗糙度的测量图像并分析了测量结果,实现了金刚石刀具表面粗糙度亚纳米级精度的快速、高重复性测量。通过比较,光学轮廓仪与AFM对超光滑表面粗糙度测量的结果具有很好的相关性。

垂直扫描白光干涉测量数据的各种处理算法及其分析

为得到被测表面的微观信息,根据垂直扫描白光干涉的特点,以阶高92μm的微流道为测量对象,测出理论上处在不同高度的3个点的干涉数据,使用改进质心算法、相移干涉法、白光干涉法、白光干涉相移法、包络线拟合法等算法从采集到三组干涉数据中提取出每两点之间的相对高度,并对各种算法提取出的相对高度进行比较和分析。结果证明,相对高度为0的情况下,除包络线拟合法误差较大外,其余各种算法的计算结果都比较理想;相对高度为阶高92μm时,白光干涉相移法计算精度最高,实用性较强。

光栅计量型的垂直扫描位移工作台及其误差分析

为满足精密测量中垂直扫描白光干涉以及千分表、电感位移传感器、表面粗糙度触针位移传感器标定对垂直方向的高精度定位和高分辨率运动要求,研制出一种纳米级垂直扫描位移工作台.该工作台采用柔性铰链结构,压电陶瓷驱动位移,满足纳米级微位移驱动要求,同时利用两级杠杆放大结构,扩大了位移行程.针对压电陶瓷驱动的位移随电压变化的非线性特点,利用衍射光栅对压电驱动进行实时监控,对这种非线性误差进行实时补偿.衍射光栅固定在工作台的微定位板上,工作台的移动量可由衍射光栅二次衍射干涉后产生的条纹变化得到.根据衍射光栅的计量特点,分析垂直扫描位移工作台测量误差的主要影响因素.通过试验验证,优化系统误差,进一步提高了垂直扫描位移工作台的定位精度.

三维表面轮廓的白光干涉垂直扫描测量方法的研究

基于白光干涉垂直扫描轮廓测量原理,研制出一种以6JA干涉显微镜为基础,配合自带计量衍射光栅测量系统的精密垂直位移工作台,从而实现大范围、高精度三维表面轮廓测量的方法.实验结果表明,采用白光干涉垂直扫描轮廓测量方法,可满足测量解析度及精度达到纳米等级的同时,其垂直测量范围可达80μm的三维表面轮廓测量要求.

一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪

研究开发了一种新型垂直扫描白光显微干涉测量仪。基于Linnik显微干涉结构,设计了干涉测量仪的显微干涉系统,介绍了干涉系统的工作原理;设计了Z向一维位移工作台,介绍了其结构和驱动原理;分析了测量仪的工作原理,并采用标准样板对测量仪的测量精度进行了验证。

基于垂直扫描的精密三维工作台及应用

介绍了一种新型的基于垂直扫描的精密三维工作台,它由一个自带计量系统的二维工作台和一个垂直扫描工作台组成。垂直扫描工作台放置在X-Y二维工作台上方。当测量工件时,闭环控制系统控制二维工作台的位移,同时Z方向伺服电机和压电陶瓷驱动器驱动垂直扫描工作台去实现垂直方向上的精确定位。衍射光栅位移传感器用于探测垂直扫描工作台的垂直位移量。

垂直扫描白光干涉测量数据处理算法分析

研究了垂直扫描白光干涉测量数据的改进质心处理算法以准确得到被测表面的微观形貌信息。根据垂直扫描白光干涉测量原理分析了质心算法改进前后的对干涉谱的处理能力。实验测量对象是Ra为0.074μm的多刻线标准样板,采用高斯滤波算法分离粗糙度信号,对其二、三维参数进行了评定和分析,得Ra为0.0748μm。结果证明,改进质心算法原理正确,计算精度满足测量要求,可有效排除直流信号等因素对质心算法的影响。

白光干涉垂直扫描测量算法综述

白光干涉测量是采用具有一定光谱宽度的白光代替单色光作为干涉光源进行测量的特殊干涉测量技术。根据白光干涉信号的相干长度短、相干峰非常明显的特性,采用了垂直扫描干涉测量的方式获取干涉信号。相干峰寻址法是在垂直扫描测量的基础上提出的,具有较高的计算精度和较大的适用性。本文将相干峰寻址法的11种算法分为直接求解法、包络曲线拟合法和加权平均法三类进行阐述,并通过仿真每种算法分析各种算法的优缺点以及适用性和局限性。

垂直扫描白光干涉仪用柔性铰链的设计及应用

根据垂直扫描白光干涉仪的结构参数,设计了其系统中微位移定位机构的柔性铰链,并应用Ansys对其性能进行有限元分析。分析结果显示,该柔性铰链的性能能够满足垂直扫描白光干涉仪的工作要求。

离子注入机大行程垂直扫描系统的研制

采用垂直扫描系统是离子注入机最常用的扫描方式之一,着重阐述了一种大行程垂直扫描系统的系统构成、设计思路和实现方法。经过实际使用证明,该系统提高了离子注入机机械扫描的可靠性和稳定性。

玻璃靶丸内气体压力的垂直扫描干涉测量技术研究

本文通过分析光线通过靶丸样品后的光程变化,建立了基于垂直扫描干涉技术的玻璃靶丸气体压力精密检测方法。为了验证折射率与密度计算关系的准确性,分别利用Lorentz&Lorenz公式和Gladstone&Dale公式对靶丸内气体的密度进行了计算,实验结果表明,两种分析方法一致性较高,其最大误差小于1%。对垂直扫描干涉法测量玻璃靶丸内气体压力的不确定度分析和比对实验结果表明,该方法的测量不确定度约为5.3%。

单晶片离子注入机垂直扫描机构的差分密封设计

垂直扫描机构是单晶片离子注入机靶盘的支撑部件,起着将高速直线运动从靶室外传递到靶盘的作用。文中针对垂直扫描机构进行了差分密封的设计和计算,结果显示,此垂直扫描机构具有无摩擦、漏气率小的特点,因此它能满足晶片处理过程中对靶室高真空度及金属颗粒的要求。

单层螺旋CT“一点一线垂直扫描法”诊断茎突综合征83例

目的探讨单层螺旋CT采用"一点一线垂直扫描法"冠状位茎突薄层扫描在基层医院诊断茎突综合征的价值。方法收集本院经临床诊断为茎突综合征患者83例均以单层螺旋CT采用"一点一线垂直扫描法"冠状位薄层扫描双侧茎突,同时测量双侧茎突的长度、内倾角及其与口咽侧壁的距离,并对测量结果进行分析。结果本组83例茎突综合征患者全部采用该法扫描来显示茎突,一次扫描显示茎突的成功率达到96.4%(80/83),只有3例双侧茎突未能完整地显示在同一层面上,需经第二次定位扫描。结论单层螺旋CT采用"一点一线垂直扫描法"冠状位茎突薄层扫描能较好地显示成人茎突并能对获得的茎突图像进行准确而有效的测量,此法可在基层医院推广。

Mie散射垂直扫描激光雷达近场信号校正及反演技术

激光雷达近场信号的重叠因子校正和盲区问题一直制约着激光雷达的实用化进程,在假设水平大气均匀的情况下,提出了Mie散射激光雷达的近场信号垂直扫描校正方法和多角度反演算法,实现了大气状态自适应控制遥感。从散射型激光雷达方程出发,构建了激光雷达近场的重叠因子和盲区的模型,结合研制的二维扫描激光雷达参数,仿真分析了重叠因子和盲区的特征。利用Fernald气溶胶反演算法,提出了基于信噪比的多仰角扫描控制与校正方案,以实现不同大气状态的自适应扫描控制。融合多角度扫描遥感数据,并以水平探测的Collis法反演的结果作为地面消光系数,获得了大气气溶胶消光系数无盲区廓线,验证了方案的有效性。数据分析结果表明,在静稳天气时水平能见度优于18km的情况下,以信噪比20为阈值,通过7个仰角约15min观测,可实现激光雷达重叠因子的自适应校正,获得的重叠因子校正曲线与水平校正法的平均相对偏差约20%,两组扫描校正的重叠因子的平均相对误差为4.2%,可实现大气气溶胶的无盲区反演。

基于扫描旋转同步运动的三维成像方法

为满足在役战机隐身性能的快速检测需求,提出了一种基于垂直扫描、方位旋转同步运动的三维成像方法。成像系统主要由射频收发设备、收发天线对、竖直方向导轨、转台和数据处理终端构成。天线发射频率步进信号时,对转台上的被测目标进行水平旋转,同时,收发天线对在垂直方向上扫描被测目标。以点目标组合为例,通过理论分析和仿真计算,确定该成像系统的参数配置,比较不同参数配置下系统的三维成像性能。仿真结果表明:采用垂直扫描、方位旋转同步运动方法能够实现三维成像,该方法与经典圆柱面扫描方法相比,扫描时间可缩短92%,同时保持11 dB峰值旁瓣比率。所提方法具有测试效率高、系统搭建简单、易于调节的特点,为服役阶段的隐身飞机散射源诊断提供了一种有效的测量方法选择。

利用白光干涉垂直扫描法测量波片延迟量

将白光偏振干涉、迈克耳孙干涉仪和垂直扫描系统相结合,提出了一种利用白光干涉垂直扫描测量波片延迟量(包括级次信息)的方法。准直的白光经偏振干涉系统形成两束偏振方向相同的线偏光,它们进入迈克耳孙干涉仪后分别被两干涉臂的平面镜反射形成四束光,在压电传感器(PZT)驱动干涉仪动镜垂直扫描的过程中,它们两两干涉,形成3组白光干涉包络。根据CCD各像素记录的白光干涉信号,计算白光干涉包络之间的光程差,即可获取被测延迟量。实验测量了一多级波片的延迟量,其结果(4268.1nm)与使用光谱扫描法测量得到的结果(4269.9nm)相吻合。

基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量

传统的低相干垂直扫描方法在测量高度达数十或数百微米的台阶或沟槽类微结构的表面三维形貌时,测量效率低下。为此,提出一种基于光谱分布特性的快速垂直扫描形貌测量方法,该方法包含两次垂直扫描过程。建立描述单幅干涉图条纹对比度的评价函数,利用粗扫描来定位被测件上下表面的大致位置,并联系上下两幅粗扫描图像计算出覆盖被测件上下表面相干区域的精扫描采图区域。精扫描在其他区域直接跳过但记录位移量,结合π/2扫描移相的精扫描干涉图复原被测件的表面三维形貌。粗扫描的扫描步长由低相干光谱分布计算得到,精扫描步长为中心波长的1/8。以高度为7.805μm的台阶板和深度为200.99μm的沟槽进行实验,结果表明,所提方法相比传统垂直扫描方法的采图时间分别缩短了48.2%和55.2%。

大尺寸电磁驱动式MEMS微扫描镜有限元分析

针对微扫描镜镜面尺寸过小、分辨率过低等问题,设计了一种镜面尺寸为4 mm的大尺寸电磁驱动式MEMS微扫描镜。使用COMSOL对设计的结构进行仿真模拟,分析MEMS微扫描镜在不同频率下的振动模态和扭转梁应力,并通过频响曲线分析其运动过程。结果表明,所设计的MEMS微扫描镜能够满足VGA显示模式的要求,水平扫描和垂直扫描的最大光学扫描角度分别为24.36°和59.30°。对比结果还表明,随着镜面尺寸的增加,水平扫描频率逐渐减小,屏幕分辨率逐渐降低,显示模式逐渐变差。

基于FDTD的高深宽比沟槽结构低相干显微干涉信号仿真分析

低相干垂直扫描干涉技术是微结构形貌特征参数无损检测的有效手段。但当微结构的沟槽深宽比高于5∶1时,遮挡效应以及阶跃边缘复杂的衍射效应会导致本应仅包含一个包络的垂直扫描测量干涉信号异常,形成两个甚至多个包络,继而影响形貌检测结果。本文解析低相干垂直扫描干涉的测量过程,采用时域有限差分法对低相干显微干涉测量系统的显微成像、相干扫描测量过程进行数值仿真,计算待测微结构表面返回场及显微成像后的像面干涉场,得到低相干显微干涉信号。分别仿真了深宽比为5∶1、80∶3的硅基沟槽微结构的干涉信号,并与实验室自研的Linnik型低相干垂直扫描干涉系统对沟槽微结构的检测信号进行对比,匹配其高深宽比沟槽结构干涉信号的双包络及幅频双峰性的特征,验证所提方法的准确性。该仿真方法可应用于实测前对被测结构低相干显微干涉信号的先验性仿真计算,通过提前分析信号特征,为形貌复原算法的选取及改进指引优化方向。