收藏本站
《华中科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究

王淑珍  
【摘要】:随着超精密加工技术、半导体工业、MEMS和NEMS技术的发展,在纳米尺度内进行超精密表面形貌测量的需求越来越迫切。超精密表面形貌测量仪器必须具备垂直、水平方向上的高分辨率和较大的测量范围。文中系统论述了纵、横向分辨率均可达到纳米量级、测量范围可达到毫米量级的超精密表面形貌测量系统的创新设计和关键技术。主要研究内容和创新如下: 提出了基于白光显微干涉的原子力探针扫描测量方法,该方法利用白光干涉零级条纹的特点,采用白光干涉零级条纹的移动量测量探针微悬臂的变形量。研究了白光干涉零级条纹中心线的提取算法以及白光干涉零级条纹中心线移动量算法,推导了探针微悬臂变形量与条纹移动量的关系,提出了微悬臂变形量检测非线性误差修正方法。 研究了原子力探针扫描测量的基本理论,根据本测量系统的特点,提出了一种融合垂直扫描系统的位移量和微悬臂变形量得到被测表面形貌的原子力探针接触式工作方法,实现了原子力探针的可溯源跟踪测量。 提出了基于同一显微镜基体实现非接触光学测量与原子力探针扫描测量两种功能的超精密表面形貌测量方法。该方法可以针对超精密表面不同的测量要求采用不同的测量方法,并可以对同一表面进行互补测量。 基于上述超精密表面形貌测量方法和测量原理,研制了具有显微干涉测量与原子力探针测量两种功能的超精密表面形貌测量系统。研制了包括大量程计量型纳米级垂直扫描系统和大量程计量型纳米级共运动平面二维精密工作台的纳米驱动系统。研制了激光干涉位移计量系统,分析了采用四象限光电管接收激光干涉条纹时两路正弦信号满足正交的条件、在测量过程中干涉务的宽度与方向发生变化时引起的非正交误差以及影响激光干涉测量精度的因素,采用硬、软件结合法对由干涉信号误差引起的测量误差进行实时补偿。开发了超精密表面新貌测量系统软件,该软件可以实现原子力探针扫描测量,白光干涉垂直扫描测量,相移干涉扫描测量。 本论文所提出的测量方法和研制的测量系统可用于超精密加工工程表面,光学表面以及微纳几何结构的测量。文中给出了精度实验结果及测量实例。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG83

免费申请
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 韩文梅;康天合;;基于白光干涉泥岩表面形貌试验研究[J];太原理工大学学报;2013年04期
2 闫海涛;孟伟东;赵晓艳;甄志强;;基于干涉条纹图像对比法测量微位移[J];应用光学;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 韩文梅;岩石摩擦滑动特性及其影响因素分析[D];太原理工大学;2012年
2 吴竞萍;人工髋关节磨粒特征及磨损机理研究[D];武汉理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 叶焕英;纳米片磷酸铁和磷酸铁锂的制备与表征[D];南昌大学;2012年
2 方正隆;超精密铣削加工工件表面形貌的仿真与纹理控制[D];华中科技大学;2012年
3 杨波;基于白光干涉的触针式表面粗糙度测量技术的研究[D];华中科技大学;2012年
4 徐海涛;垂直扫描白光干涉测量关键技术的研究及应用[D];华中科技大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 齐永岳;赵美蓉;林玉池;;高精度激光干涉条纹细分系统[J];传感器与微系统;2006年08期
2 王淑珍;谢铁邦;;基于激光干涉的接触式微位移测量仪[J];工具技术;2010年01期
3 周明宝,林大键,郭履容,郭永康;基于白光的双波长相移干涉的误差分析[J];光学精密工程;1999年05期
4 戴蓉;谢铁邦;;新型一维位移工作台的设计及特性分析[J];光学精密工程;2006年03期
5 梁嵘,李达成,曹芒,赵洪志,武勇军;在线测量表面粗糙度的共光路激光外差干涉仪[J];光学学报;1999年07期
6 王军;陈磊;;基于空间频域算法的白光干涉微位移测量法[J];红外与激光工程;2008年05期
7 蒋向前,李柱,谢铁邦;全息光栅干涉法测量曲面形貌的理论研究[J];华中理工大学学报;1994年02期
8 邵宏伟,徐毅,高思田,叶孝佑,陈允昌,金其海,许婕;激光干涉共焦显微镜[J];计量学报;2004年02期
9 郭彤,傅星,陈津平,胡晓东,胡小唐;利用纳米测量机实现大范围的计量型原子力显微镜[J];计量学报;2005年01期
10 卢明臻;高思田;杜华;崔建军;;计量型原子力测头用于纳米台阶高度样板的测量[J];计量学报;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
2 杨练根;基于微恒力位移传感器的表面形貌测量系统和二维Motif评定方法[D];华中科技大学;2004年
3 郭军;激光干涉表面形貌测量系统及3D-MOTIF评定研究[D];华中科技大学;2004年
4 李朝辉;基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D];天津大学;2004年
5 王选择;正交衍射光栅计量原理及在超精密工作台上的应用[D];华中科技大学;2004年
6 林晓峰;纳米计量的新方法研究及双成像单元原子力显微镜系统的研制[D];浙江大学;2006年
7 陈叶金;创新型微纳米测量探头机理的研究[D];合肥工业大学;2007年
8 常素萍;基于白光干涉轮廓尺寸与形貌非接触测量方法和系统[D];华中科技大学;2007年
9 戴蓉;基于垂直扫描工作台的白光干涉表面形貌测量系统研究[D];华中科技大学;2007年
10 杨旭东;大量程轮廓综合测量系统研究[D];华中科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李娜;马修水;李桂华;;测量不确定度及测量不确定度评定综述[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年03期
2 马强,许桢英;动态测量误差溯源方法研究[J];安徽机电学院学报;2001年04期
3 高绍璞,陈彦,张震东;现代生物显微技术的现状与发展趋势[J];安徽农业科学;2003年02期
4 王家楫,唐凌;深亚微米ULSI工艺检测技术——扫描探针显微镜[J];微纳电子技术;2002年02期
5 杨树明,朱强,赵则祥,蒋庄德;纳米压入法测量中初始接触点判断问题研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
6 张泰华;纳米硬度计在MEMS力学检测中的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期
7 张海霞,张泰华,郇勇;纳米压痕和划痕法测定氧化硅薄膜材料的力学特性[J];微纳电子技术;2003年Z1期
8 苏景云;原子力显微镜微悬臂变形位移的理论计算[J];微纳电子技术;2004年12期
9 傅惠南,王宏霞,区仲荣;扫描探针制备技术的研究现状及发展[J];微纳电子技术;2005年05期
10 常同钦;;纳米材料的测试与表征[J];微纳电子技术;2006年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张青锁;刘占时;;数字地形图的误差校正[A];河南地球科学通报2008年卷(下册)[C];2008年
2 董晓坤;方勇纯;周娴玮;张玉东;;基于压电扫描管动态特性分析的AFM成像方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 张玉东;方勇纯;董晓坤;周娴玮;;基于预测轨迹逆控制的AFM扫描方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 董晓坤;方勇纯;张玉东;;一种基于临近点集数据融合的AFM动态成像方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 徐文聪;楚天广;;一种寻找星图光斑质心的高精度算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 万维汉;张海峰;;基于先验知识的旋流器溢流粒度软测量[A];2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C];2011年
7 李盛林;胡天玉;梅华;;自动观测系统的采样间隔时间研究[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
8 王志红;周宇;沈博侃;陈琨;;TbFe磁性薄膜的磁力显微镜成像研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(3)[C];2007年
9 高兴宇;伍世荣;萧泽新;;一种现代先进成像技术:共焦显微术[A];2004全国光学与光电子学学术研讨会、2005全国光学与光电子学学术研讨会、广西光学学会成立20周年年会论文集[C];2005年
10 陈樟;苏伟;万敏;;MEMS材料力学性能测试方法综述[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 翁继东;超快脉冲激光干涉技术及其在冲击动力学过程诊断中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 付永忠;基于AFM和硫系相变材料的超高密度数据存储机理研究[D];江苏大学;2010年
4 王亚珍;基于热力耦合的界面摩擦机理的研究[D];华南理工大学;2010年
5 赵志超;导弹防御雷达网数据融合技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 宋静;小分子化合物J2作用于大鼠角膜细胞的体外及体内实验研究[D];中国人民解放军军医进修学院;2011年
7 陈晓辉;MEMS微结构功能特征分析、评定关键技术的研究[D];华中科技大学;2011年
8 黄翀;航空场景模拟器的设计与研究[D];华中科技大学;2011年
9 康竞然;波前编码技术理论研究及其在液体变焦透镜的应用[D];华中科技大学;2011年
10 黄琛;铁磁性构件脉冲涡流测厚理论与仪器[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄长辉;金属材料断口三维形貌检测与表征分析[D];南昌航空大学;2010年
2 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
3 王禹;双质量飞轮扭转疲劳试验台的研究[D];长春理工大学;2010年
4 王悦竹;80口径观鸟镜ED光学系统设计[D];长春理工大学;2010年
5 张恩政;基于双频干涉的直线度及其位置测量方法研究[D];浙江理工大学;2010年
6 张萍;激光合成波长干涉技术的信号处理方法研究[D];浙江理工大学;2010年
7 陈军;测量不确定度在基础实验中的应用研究[D];山东农业大学;2010年
8 郑银涛;基于平板式电容的微位移测量系统设计[D];大连理工大学;2010年
9 马文龙;水源井储量预估系统的研究与实现[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 郭春华;激光直写制作全视差合成全息图的技术研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭婷婷;张淑珍;赵业军;;钛白副产硫酸亚铁制备铁系超细材料的研究进展[J];安徽化工;2011年03期
2 张孝彬,许平聪;我国纳米科技的现状与展望[J];材料科学与工程学报;2003年04期
3 鲍海飞;李昕欣;王跃林;;微悬臂梁法向弹性系数的标定方法与分析[J];测试技术学报;2006年01期
4 温诗铸,李娜;纳米摩擦学基础研究进展[J];材料研究学报;1997年01期
5 朱炳权;李新海;张宝;王志兴;郭华军;;改进的碳热还原法制备正极材料LiFePO_4/C[J];电池;2005年06期
6 王冠;江志裕;;以三价铁制备LiFePO_4/C复合材料及其电化学性能[J];电池;2007年03期
7 宋卫卫;苏铁明;欧宗瑛;赵德伟;王卫明;韩军;;基于CT图像反求技术的人体股骨头修复建模[J];大连理工大学学报;2009年02期
8 郭丽萍;Andrea Carpinteri;孙伟;秦文超;;基于三维微焦点CT图像对高性能混凝土内部缺陷的测量和分析(英文)[J];Journal of Southeast University(English Edition);2009年01期
9 陈顒,耿乃光,姚孝新;不完整岩石样品的断裂与摩擦滑动[J];地球物理学报;1979年02期
10 张伯崇,姜光,韩风,姚宝树;房山大理岩的摩擦滑动试验[J];地球物理学报;1983年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 全书海;基于表面灰度图像的加工表面形貌分形特征研究[D];武汉理工大学;2003年
2 齐卫宏;金属纳米微粒热力学性能的尺寸效应和形状效应研究[D];中南大学;2004年
3 尹自强;超精密直线度测量及表面微观形貌分析研究[D];国防科学技术大学;2003年
4 黄传辉;人工髋关节的磨损行为及磨粒形态研究[D];中国矿业大学(北京);2004年
5 李红涛;介观尺度材料力学性能建模及微铣削工艺优化研究[D];上海交通大学;2008年
6 刘洪涛;人工关节磨屑表征及磨屑生物反应研究[D];中国矿业大学;2008年
7 常素萍;基于白光干涉轮廓尺寸与形貌非接触测量方法和系统[D];华中科技大学;2007年
8 戴蓉;基于垂直扫描工作台的白光干涉表面形貌测量系统研究[D];华中科技大学;2007年
9 郧建平;基于白光干涉的表面形貌接触和非接触两用测量系统的研究[D];华中科技大学;2008年
10 周磊;微纳米动态切削系统建模及表面形貌的预测分析研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪朝晖;LiFePO_4的制备与电化学性能研究[D];华中科技大学;2009年
2 刘焕荣;MnCo_2O_4尖晶石型复合氧化物的制备及其应用研究[D];中国石油大学;2011年
3 米增财;磷酸铁锂包覆特性研究[D];河北工业大学;2011年
4 张会双;锂离子电池新型正极材料LiFePO_4的制备研究[D];河南师范大学;2011年
5 邓玉荣;Zns、WS_2和MoS_2纳米材料的合成与表征研究[D];华中师范大学;2002年
6 陈伟;轻敲模式原子力显微镜的优化研究[D];浙江大学;2002年
7 高彤;铣削加工表面形貌及端铣加工变形仿真研究[D];西北工业大学;2004年
8 张波;硬盘表面微观形貌的分形表征及模拟[D];吉林大学;2004年
9 高龙柱;纳米氧化锆制备及晶型控制的水热法研究[D];南京工业大学;2004年
10 甘飞;金属团簇碰撞重组过程的分子动力学模拟研究[D];重庆大学;2004年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 高鹏举;地质钻探中钻柱与孔壁间摩擦扭矩实验研究[D];中国地质大学(北京);2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何永辉,颜永根,徐耀寰,蒋剑峰;冷轧钢板表面三维微观形貌测量系统[J];宝钢技术;2000年02期
2 李旦,杨练根,谢铁邦;弹头发射痕迹非接触三维检测仪[J];兵工学报;2003年03期
3 郭军,曾文涵,谢铁邦;弹头发射痕迹计算机图像比对系统研究[J];兵工学报;2003年04期
4 王选择,郭军,谢铁邦;大量程杠杆式光学轮廓仪的非线性分析与补偿[J];传感器技术;2003年08期
5 齐永岳;赵美蓉;林玉池;;高精度激光干涉条纹细分系统[J];传感器与微系统;2006年08期
6 邵东向,郭华;电感式位移传感器线性补偿技术[J];传感器技术;1999年02期
7 汤国安,龚健雅,陈正江,成燕辉,王占宏;数字高程模型地形描述精度量化模拟研究[J];测绘学报;2001年04期
8 郭云昌,蔡颖谦,徐如祥,姜晓丹;扫描探针显微镜的进展[J];中华神经医学杂志;2005年07期
9 杨旭东;谢铁邦;;一种新型滚动轴承表面形貌测量仪[J];轴承;2007年04期
10 闾国年,钱亚东,陈钟明;基于栅格数字高程模型提取特征地貌技术研究[J];地理学报;1998年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 惠梅;表面微观形貌测量中相移干涉术的算法与实验研究[D];中国科学院西安光学精密机械研究所;2001年
2 赵焕东;相位测量轮廓术的理论研究及应用[D];浙江大学;2001年
3 李朝辉;基于相移干涉法的微表面轮廓仪的研究[D];天津大学;2004年
4 刘庆民;基于计算机视觉的小尺寸零件精密测量技术研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 孙艳玲;基于垂直位移扫描的表面轮廓综合测量仪[D];华中科技大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 常素萍;谢铁邦;;WI VS三维表面形貌测量仪[J];计量技术;2006年12期
2 刘卿卿;李海燕;浦昭邦;;光学法表面形貌测量技术[J];光电技术应用;2008年02期
3 巩琦;耿立志;;铣削加工后表面形貌测量系统研究[J];工具技术;2008年08期
4 陈志常;;放射性测井仪的非线性[J];测井技术;1978年05期
5 王淑珍;谢铁邦;常素萍;王选择;;四象限光电探测器用于表面形貌测量的研究[J];中国机械工程;2008年19期
6 王渊;何维军;赵福令;;碳纤维复合材料表面形貌测量中频谱法的应用[J];航空精密制造技术;2009年02期
7 王渊;何维军;赵福令;;碳纤维复合材料表面形貌测量采样条件研究[J];宇航材料工艺;2009年02期
8 周仁安;改善放射性测井仪非线性误差的措施[J];测井技术;1985年04期
9 陈晓梅;球形表面粗糙度测量中两种干涉图像处理方法[J];航空计测技术;2002年04期
10 孙艳玲;;迈克尔逊干涉原理在表面形貌测量中的应用研究[J];传感器与微系统;2006年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蒋大钢;杨远洪;;光相干域偏振仪检偏镜对轴角度的精确测算方法[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(B 光学系统设计与制造技术专题)[C];2006年
2 王春晖;;基于光纤耦合的2μm激光外差干涉系统中非线性误差的理论仿真研究[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年
3 王树宇;;白光干涉法测量光纤陀螺环圈中的偏振耦合[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
4 陳彥良;张國明;劉惠中;;位移探頭校正系統之研究[A];第五届海峡两岸计量与质量学术研讨会论文集[C];2004年
5 陶世昆;宋红彬;南江华;;白光干涉型全光纤迈克尔逊温度测量研究[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
6 李强;井文才;李海峰;唐锋;张聪跃;张以谟;周革;;小波变换在DPCA数据处理算法中的应用[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
7 赵众;陶振麟;张素贞;陈国礼;;带有神经元网络的扩展广义预测控制器及其应用[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
8 魏永强;邹文栋;赵立忠;;采用SPCE061A控制的白光干涉微纳扫描系统[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
9 孙奇珍;蔡泽祥;朱林;;一种基于多端等值的静态等值方法研究[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(下册)[C];2008年
10 黄金振;;卤素GM计数管扩宽量程应用的探讨[A];第8届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(一)[C];1996年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 石家庄 张道用;对数字万用表设计的质疑[N];电子报;2004年
2 成都理工学院 郑慧明 杨惠坤;温度、频率转换器[N];电子报;2001年
3 ;数字时代的数字设备[N];中国高新技术产业导报;2001年
4 河北 王春明;集成温度传感器简介[N];电子报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王淑珍;基于白光干涉超精密表面形貌测量方法与系统研究[D];华中科技大学;2010年
2 王军;短相干光干涉在晶体特性参数和微观表面形貌测量中的应用研究[D];南京理工大学;2010年
3 郭军;激光干涉表面形貌测量系统及3D-MOTIF评定研究[D];华中科技大学;2004年
4 杨练根;基于微恒力位移传感器的表面形貌测量系统和二维Motif评定方法[D];华中科技大学;2004年
5 杨军;白光干涉分布式光纤形变测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 张红霞;用于微表面形貌检测的纳米级白光相移干涉研究及仪器化[D];天津大学;2004年
7 李海峰;基于白光干涉的保偏光纤偏振耦合检测的研究[D];天津大学;2004年
8 杜艳丽;基于白光干涉的金属极薄带测厚理论与系统研究[D];浙江大学;2006年
9 孙雪铮;光学薄膜中超棱镜效应的研究[D];浙江大学;2008年
10 郧建平;基于白光干涉的表面形貌接触和非接触两用测量系统的研究[D];华中科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 于龙成;水面油膜厚度及油品特性的白光干涉测量研究[D];大连理工大学;2005年
2 王冬梅;基于白光相移技术三维微观表面形貌测量的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
3 徐海涛;垂直扫描白光干涉测量关键技术的研究及应用[D];华中科技大学;2013年
4 王苹;基于白光干涉色的光学材料应力定量测量的方法研究[D];南京理工大学;2011年
5 李其德;白光扫描干涉三维表面形貌测量技术的研究[D];合肥工业大学;2008年
6 金鹭;基于GPU的表面形貌测量系统的研究[D];浙江大学;2011年
7 苑勇贵;分布式光纤白光干涉偏振特性研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 孙志猛;双频激光干涉仪非线性误差测量技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
9 郭明江;白光干涉型光纤法珀腔传感器的研究[D];南京航空航天大学;2003年
10 徐朋;白光波长扫描干涉表面形貌测量抗振技术研究[D];浙江大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026