在微納測量領(lǐng)域,微納米三坐標(biāo)測量機(jī)（micro-nano CMM）是用于微小型零器件測量的精密工具,其精度通常控制在數(shù)百納米。微納米三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭頂端是一個(gè)直徑為數(shù)十至數(shù)百微米,球度為數(shù)十至數(shù)百納米的微球,微球的輪廓誤差量級(jí)與微納三坐標(biāo)測量機(jī)的精度等級(jí)近似,因此必須對(duì)微球輪廓進(jìn)行精確測量,從而修正微納坐標(biāo)測量機(jī)的誤差,保證測量機(jī)精度。目前國內(nèi)外針對(duì)微球的測量方法可以分為接觸式和非接觸式兩類:接觸式測量能達(dá)到較高精度,但依賴于研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的特定設(shè)備,如超精密三坐標(biāo)測量機(jī),超高精度回轉(zhuǎn)軸等;非接觸式測量主要利用光學(xué)方法,但受限于衍射極限影響,精度只能達(dá)到微米量級(jí)。本文在分析國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有條件,提出利用雙掃描探針（SPM,Scanning Probe Microscope）對(duì)微球輪廓進(jìn)行測量的方法,在實(shí)現(xiàn)接觸式測量高精度的基礎(chǔ)上避免了對(duì)特定超精密設(shè)備的依賴。本文將自制的大長徑比鎢探針與石英音叉組合制備成高分辨力的掃描探針,雙探針在微球兩側(cè)相對(duì)測量的方法得到微球最大截面圓輪廓,通過測量多個(gè)最大橫截面圓輪廓組合得到微球的球輪廓。在截面圓測量過程中通過翻轉(zhuǎn)測量兩個(gè)相對(duì)位置截面圓的方... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

AFM針尖

合肥工業(yè)大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 1.2.2 微球非接觸式測量進(jìn)展 相對(duì)接觸式測量方法，非接觸式方法有顯著優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無損無傷檢測，檢測結(jié)果不受接觸應(yīng)力影響且速度較快。臺(tái)灣大學(xué) Wen-Pin Shih 教授制備了用于micro-CMM 的直徑為 20 μm-80 μm 的微球，且利用 SEM 對(duì)制備好的微球圖像進(jìn)行拍攝并處理[44]，如圖 1.5 所示。

第一章緒論7（b）球體三維輪廓重構(gòu)思路圖1.6微球三維輪廓測量重構(gòu)方法Fig1.6Measurementandreconstructionofthemicrosphere圖1.6（b）顯示了Liang-ChiaChen教授利用采集的多幅光學(xué)圖像重構(gòu)微球三維輪廓的結(jié)果：其中子圖（a）顯示拍攝到的一個(gè)截面圓實(shí)際圖像，子圖（b）是對(duì)拍攝的截面圓圖像進(jìn)行反投影處理，子圖（c）表示利用最小區(qū)域法擬合得到的截面圓輪廓，子圖（d）是對(duì)被測對(duì)象的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，子圖（e）是利用最小區(qū)域法對(duì)表面輪廓點(diǎn)的重構(gòu)，子圖（f）顯示正在重建的微球三維輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，子圖（g）表示重構(gòu)后的球輪廓模型。這種方法通過將不同角度的2D圖像經(jīng)過映射得到3D輪廓信息，能夠?qū)崿F(xiàn)微球形貌的三維評(píng)價(jià)，但受到光學(xué)成像誤差的影響，測量精度為0.3μm。天津大學(xué)裘祖榮教授等利用激光共焦法對(duì)靶球幾何誤差進(jìn)行檢測[46]。利用共焦測頭得到直徑在亞毫米的慣性約束聚變靶球的輪廓信息，通過分析輪廓值分布信息，利用細(xì)分和目標(biāo)值提取方法得到微球輪廓的測量結(jié)果。該方法突破了傳統(tǒng)視覺方法微米級(jí)的精度，達(dá)到了亞微米級(jí)。北京理工大學(xué)趙維謙教授等利用激光差動(dòng)共焦法對(duì)激光聚變靶丸微球進(jìn)行形貌測量和球度評(píng)定[47]。利用差動(dòng)共焦系統(tǒng)中物鏡焦點(diǎn)與軸響應(yīng)曲線過零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特性對(duì)靶丸微球輪廓面定焦，檢測過程中，靶微球在兩正交方向旋轉(zhuǎn)從而得到多個(gè)輪廓截面，實(shí)現(xiàn)全輪廓測量，利用該方法測量直徑為876.90μm的靶微球，不確定度為0.15μm。歸納現(xiàn)有接觸和非接觸式方法的特點(diǎn)，可總結(jié)為：接觸式測量精度很高，但存在對(duì)特定關(guān)鍵設(shè)備的依賴問題，如超精密旋轉(zhuǎn)軸系，超精密三坐標(biāo)測量機(jī)等；非接觸式測量檢測速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)無損無傷檢測，但受限于光學(xué)誤差影響，精度僅能達(dá)到亞微米數(shù)量級(jí)，測量精度普遍不高，具體內(nèi)容見表格1.1。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]音叉光纖一體式三維諧振測頭優(yōu)化研究[J]. 丁鵬翔,章文,陳麗娟,程真英,黃強(qiáng)先.  計(jì)測技術(shù). 2019(02)
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[4]基于三次Hermite插值的局部特征尺度分解方法[J]. 李軍,潘孟春.  噪聲與振動(dòng)控制. 2015(05)
[5]微納系統(tǒng)材料、制造與器件物理研究進(jìn)展[J]. 封松林,王曦,王躍林,曹俊誠,李昕欣,龔謙,李鐵.  中國科學(xué)基金. 2014(02)
[6]石英音叉三維諧振觸發(fā)定位系統(tǒng)[J]. 余惠娟,黃強(qiáng)先,李志渤,史科迪,程真英.  儀器儀表學(xué)報(bào). 2013(10)
[7]微靶裝配中靶球幾何量的高精度測量[J]. 石帥,張林,吳文榮,裘祖榮.  強(qiáng)激光與粒子束. 2012(08)
[8]石英音叉掃描探針顯微鏡[J]. 黃強(qiáng)先,王毛翠,趙劍,王廣紅,余惠娟.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(04)
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博士論文
[1]異端類型三坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)原理及誤差修正技術(shù)研究[D]. 王晨晨.合肥工業(yè)大學(xué) 2012
[2]納米三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及接觸式測頭技術(shù)研究[D]. 王偉麗.合肥工業(yè)大學(xué) 2008
[3]激光靶丸表面幾何狀態(tài)的測量系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法研究[D]. 趙學(xué)森.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于雙探針的微球球度檢測系統(tǒng)研制[D]. 羋夢.合肥工業(yè)大學(xué) 2019
[2]微球球度測量機(jī)械系統(tǒng)研制[D]. 卞亞魁.合肥工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3402289