提高并行共焦探测精度的方法研究

论文摘要

随着MEMS技术的不断发展,越来越多的微器件需要进行精密三维测量。如何快速准确检测微观轮廓形貌,已成为现代精密测试技术与仪器研究的重要课题,所研究的并行共焦探测方法是使微小轮廓的快速高精度检测成为可能。 本项目来源于国家自然科学基金项目“纳米三座标测量机关键技术的研究”和教育部科学技术研究重点项目“基于微光学的多功能三维探测头的研制”。本论文首先概述了并行共焦探测的工作原理和系统的总体结构,然后详细阐述了系统的光路设计及装调结构设计。为克服传统“极大值法”的缺点,提出了一种新的能提高焦点位置辨识精度的图像处理方法,并利用Matlab编制了单点纵向光强分析软件及三维轮廓重构软件。最后给出了研究性实验的目的、内容及结果。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外概况
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 并行共焦测量原理及光路设计
• 2.1 共焦显微成像技术及两种典型的共焦成像光路
• 2.2 并行共焦显微成像系统的理论研究
• 2.3 并行共焦显微成像系统的特性分析
• 2.3.1 共焦显微成像横向分辨率及测量范围
• 2.3.2 共焦显微成像纵向分辨率
• 2.4 并行共焦系统的光路设计及元器件的选择
• 2.4.1 并行共焦系统的光路结构
• 2.4.2 微透镜器件的选择
• 2.4.3 光源的选择
• 2.4.4 滤光片的选择
• 2.4.5 物镜对共焦测量系统的影响及选择计算
• 2.4.6 微透镜与分束镜之间的距离分析
• 2.5 CCD的选择
• 2.6 系统光路及调整要求
• 第三章 并行共焦显微镜机械结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 并行共焦检测装置的基本组成
• 3.3 光源系统的机械结构设计
• 3.3.1 光源底座的设计
• 3.3.2 准直透镜及微透镜的固定
• 3.3.3 光源系统的装配调整
• 3.4 物镜系统的机械结构设计
• 3.4.1 物镜镜筒的设计
• 3.4.2 第二物镜微调机构的设计
• 3.4.3 物镜系统的装配调整
• 3.5 摄像系统的机械结构设计
• 3.6 滤光片的固定
• 3.7 分束镜的机械结构设计
• 3.7.1 分束镜的固定
• 3.7.2 分束镜调节机构的设计
• 3.8 光学系统整体装配及调试
• 第四章 共焦图像预处理和三维信息获取
• 4.1 引言
• 4.2 基于微透镜阵列图像提取光斑点中心坐标的预处理
• 4.2.1 图像区域划分
• 4.2.2 光强变化图像的二值化
• 4.2.3 二值化图像的滤波
• 4.2.4 有效采样点中心坐标的提取
• 4.2.5 采样纵向范围的确定
• 4.3 并行共焦系统的三维轮廓提取算法
• 4.3.1 极值搜索法
• 4.3.2 线性拟合法
• 4.4 软件系统编程
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 不同数值孔径的物镜对系统纵向分辨率的影响实验
• 5.2 被测面倾斜对测量的影响实验
• 5.3 阶梯量块高度差测量实验
• 5.4 印刷电路测量实验
• 第六章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文