[發(fā)明專利]一種微納米量級的二元面結(jié)構(gòu)光檢測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711349570.1
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108088386B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐銘;盧先鑫;翟敏君;吉建華;王可
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/25
• 代理公司: 44248 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 于標(biāo)<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入國

本發(fā)明提供一種微納米量級的二元面結(jié)構(gòu)光檢測方法及系統(tǒng)，該方法采用二元面結(jié)構(gòu)光，采用LED光照射后采集的反射光強(qiáng)信息和圖像確定目標(biāo)物體的輪廓信息，再由計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手臂位移一定距離坐標(biāo)至目標(biāo)大概位置，之后由光纖束傳輸投射編碼面結(jié)構(gòu)光，采集放大后的調(diào)制光信息圖像進(jìn)行三維重建獲取微小目標(biāo)的三維信息，最終引導(dǎo)機(jī)器人獲得微納米器件的精準(zhǔn)位置及結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)微納米器件的檢測及組裝功能。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于面結(jié)構(gòu)光的三維點(diǎn)云和由曲面深度變化引起的光輻照度變化獲得的三維信息，光強(qiáng)變化的信息可以生成另外一組三維數(shù)據(jù)，利用兩種不同特性參量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合，增強(qiáng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光測量的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維重建技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種微納米量級的二元面結(jié)構(gòu)光檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

迄今為止，眾多國內(nèi)外學(xué)者及公司對微納米級測量進(jìn)行了研究并取得一些成功。常見的微納米測量技術(shù)根據(jù)其工作原理可分為觸發(fā)式和非接觸式測量。1981年美國IBM公司研制成功的掃描隧道顯微鏡(STM)，把人們帶入了微觀世界。STM具有極高的空間分辨率，平行和垂直于表面的分辨率分別達(dá)到0.1nm和0.01nm，即可分辨出單個(gè)原子，廣泛用于表面科學(xué)，材料科學(xué)和生命科學(xué)等研究領(lǐng)域。為了彌補(bǔ)STM只限于觀測導(dǎo)體和半導(dǎo)體表面結(jié)構(gòu)的缺陷，G.Binnig等人發(fā)明了原子力顯微鏡(AFM),AFM利用微探針在樣品表面劃過時(shí)帶動(dòng)高敏感的微懸臂梁隨表面起伏而上下運(yùn)動(dòng)，通過光學(xué)方法或隧道電流檢測出微懸臂梁的位移,實(shí)現(xiàn)探針尖段原子與表面原子間排斥力檢測，從而得到表面形貌信息，但AFM的缺點(diǎn)在于成像范圍太小，速度慢，受探頭的影響太大。1988年中國科學(xué)院化學(xué)所研制成功國內(nèi)首臺具有原子分辨率的AFM。安裝有微型光纖傳導(dǎo)激光干涉三維測量系統(tǒng)，可自校準(zhǔn)和進(jìn)行絕對測量的計(jì)量型原子力顯微鏡可使目前納米測量技術(shù)定量化。1989年R.C.Reddick等制成光子掃描隧道顯微鏡PSTM，其機(jī)理與STM相似，分辨率優(yōu)于光波半波長值。而且可以利用光學(xué)顯微鏡成熟的多種成像機(jī)制和方法研究觀察大氣條件下的透明體等一般電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡難以解決的課題。英國National Physical Laboratory(NPL)研制了以電容傳感器構(gòu)建檢測系統(tǒng)、以鈹青銅懸臂為主構(gòu)建靈敏杠桿機(jī)構(gòu)的微納米測頭系統(tǒng)，分辨力為3nm，三維測量不確定度為50nm。德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究所(physikalisch technischebundesantalt,PTB)研制的基于Werth的三坐標(biāo)測量機(jī)由一個(gè)光學(xué)測量系統(tǒng)和兩個(gè)接觸式三維微傳感系統(tǒng)組成，分辨力為10nm,該測頭可以實(shí)現(xiàn)寬30μm，深100μm的微槽內(nèi)尺寸測量。

國內(nèi)的清華大學(xué)李達(dá)成等研制成功在線測量超光滑表面粗糙度的激光外差干涉儀，該儀器以穩(wěn)頻半導(dǎo)體激光器作為光源，共光路設(shè)計(jì)提高了抗外界環(huán)境干擾的能力，其縱向和橫向分辨率分別為0.39nm和0.73μm。中國計(jì)量科學(xué)研究院、清華大學(xué)等研制了用于大范圍納米測量的差拍法―珀干涉儀，其分辨率為0.3nm，測量范圍±1.1μm，總不確定度優(yōu)于3.5nm。臺灣大學(xué)和合肥工業(yè)大學(xué)的范光照教授等人研制出的接觸觸發(fā)式測頭，使用四只DVD光學(xué)讀取頭作為位移傳感器而開發(fā)的三維納米測頭，該探頭的接觸力為109μN(yùn),觸發(fā)重復(fù)性為10nm。

盡管在國內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在多種微納米級的測量上已經(jīng)突破了一些技術(shù)瓶頸，基于三維納米測量(Nano-CMM)技術(shù)我國也已有國家課題支持。但總體上還是有一些缺陷：

(1)對于接觸式測量，橫向力影響圖像質(zhì)量，橫向力與粘著力的合力導(dǎo)致圖像空間分辨率降低，而且針尖刮擦樣品會損壞軟質(zhì)樣品。

(2)測速：對于接觸式測頭，為保證測量力，則要使測頭的剛度減小，從而導(dǎo)致諧振頻率低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。系統(tǒng)自身的抖動(dòng)也可能降低其測量質(zhì)量。

(3)對于目前已有的設(shè)備，大多數(shù)都為系統(tǒng)龐大、設(shè)備昂貴、不能移動(dòng)等因素，不利于各種靈活測量，且需要在特定的環(huán)境下完成測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種，包括如下步驟：