1 广西师范大学物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
2 清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
双频激光外差干涉法与扫描探针相结合的超精表面缺陷检测系统具有很高的分辨率。但系统光源和光学器件的各种误差因素会产生非线性混频误差，影响系统精确测量。利用琼斯矩阵分析了同时存在激光光源椭圆偏振化和方位角误差以及光学器件相位延迟和偏振泄漏等综合因素引起的偏振态变化，并由此研究了它们频率混叠产生的非线性误差。结果表明，由各种误差因素引起的非线性混频误差呈正弦规律变化，激光光源非理想和偏振分光镜对位移测量误差影响较大而1/4 波片的影响较小。同时，结合计算结果对系统提出了减少非线性误差的方法措施。
测量 外差干涉 偏振光 琼斯矩阵 频率混叠 非线性误差 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021203
清华大学 精密仪器与机械学系 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 北京 100084
微探针是扫描探针显微镜(SPM)的重要组成部件, 其共振频率等振动特性直接影响系统的性能。给出了系统微探针共振频率的测试方法, 对微探针在压电陶瓷驱动力作用下的受迫振动进行了有限元分析。提出了相位变化0.1°所对应的0.1nm位移分辨率的双频激光外差干涉光学测量系统, 对微探针纳米尺度振动特性进行了测试对比实验, 并对SPM标定样块进行了比对分析。实验结果验证了双频激光外差干涉测量方法的可行性和其应用价值。
光学测量 微探针 纳米尺度振动 外差干涉 共振频率 optical measurement microprobe nanoscale vibration heterodyne interferometry resonant frequency
清华大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，北京 100084
在近场光存储方案中，头盘间距动态测控技术是近场光存储理论和技术的实用化。根据近场光学头的飞行特点，提出了一种基于光强干涉原理的测量系统，重点介绍了其测量原理和标定方法。采用双光路结构来提高测量分辨率，利用光偏振特性来消除反馈光对信号光的干扰。通过对系统性能的分析和试验表明，动态特性达到了500kHz，测量分辨率高于1nm，可满足系统高精度动态测试的要求。
光学测量 飞行高度 双光路 光强 optical measurement flying height dual optical path light intensity
介绍了一个基于图像处理的自动调焦系统,该系统由光学显微镜、CCD、力矩电机和齿轮传动机构等组成.调焦系统中采用粗/精结合的调焦方法,即首先采用基于Krisch边缘检测算子的清晰度评价函数对被测物体进行粗调焦,并在计算机上采集了包含目标的大致轮廓和边缘的显微图像;然后针对全景图像上的某个目标区域采用基于高频分量的清晰度评价函数进行精调焦,使得显微图像显示出更多的纹理细节.实验中清晰度评价函数算法均采用Windows下的Visual C++实现.实验结果表明,该自动调焦的系统精度可达±4.8μm,基本上满足了微装配任务的调焦精度要求.
微装配 自动调焦 图像平滑 清晰度评价函数
电子产品高度集成化与高性能化发展,对超精表面及亚表面无损伤性要求越来越高.为实现纳米尺度分辨率、大视场表面损伤检测,利用原子力微悬臂探针设计了一种新型超精表面缺陷探测系统,采用柔性机构进行微悬臂探针俯仰与倾斜度微调,利用压电双晶片实现接触、非接触以及轻敲3种不同探测模式.系统特性实验表明:该探测系统位移分辨率可达2 nm,共振频率90 Hz,满足超精表面缺陷检测系统性能要求.
微探头 柔性铰链 压电双晶片 激光干涉
高精度伺服转台通常要求能够在极低的速度下实现位置的实时跟踪,所以,对转台的速度控制系统提出了很高的要求.介绍了一种用于高精度伺服转台的速度控制系统.在结合电机的物理参数及其数学模型进行详细分析后,在使用PID控制器的基础上进一步提出了按照最佳二阶模型进行开环设计的速度控制方案.给出了理论设计值和实际测得的模拟速度环幅频和相频曲线.并由此得到系统的谐振频率约为118 Hz,闭环带宽约为230 Hz,伺服转台最低速度可以达到1.06"/s,即14 d/r.由于系统的速度控制指标为1 d/r,因此该模拟速度环达到并且优于预定的指标.
高精度双轴伺服转台 伺服系统 低速控制
高精度低速伺服转台用于实现对惯性元件漂移误差的跟踪补偿.本文分析了测试转台性能要求,对控制系统进行了理论设计与实验研究.采用了模拟速度环、数字位置环相结合的混合控制方式,构造了控制系统硬件,其中光栅作为反馈元件,通过对其信号的适当处理作为模拟速度环和数字位置环的反馈信息,用一个元件实现多个信号的提取.重点分析了所构造控制系统尤其是的速度环.实验证明该系统实现了跟踪控制误差小于5″,完全达到了设计要求.
测试转台 伺服控制 光栅
对高精度转台机械结构的直接驱动和间接驱动进行了较全面的对比研究.在简述和归纳转台的驱动方式和结构的基础上,对两种驱动方式从数学模型,对转台机械性能的影响,对控制系统要求等方面进行了对比分析,并对间接驱动中的间隙问题提出了补偿方法.针对某高精度伺服转台的分析,内环采用了直接驱动方式,外环采用了间接驱动方式.实验证明该转台实现了高精度漂移误差补偿的要求,该项研究为高精度伺服转台机械驱动方式选择和设计奠定了基础.
测试转台 机械结构 驱动方式
高密度母盘刻录是数据存储中的关键技术.对母盘刻录系统的工作原理、结构组成及控制方法进行了分析研究,提出了基于DSP中央处理器和CPLD逻辑单元为中心的下位机式刻录控制方法,完成了模型建立、参数优化、硬件设计与仿真,并进行了系统特性实验.结果表明,精密系统定位精度为50 nm,亚微米级扰动消除时间＜10 ms;运动运行稳定,基本满足刻录系统性能要求.
母盘刻录 控制系统 精密工作台 DSP
微机械电子技术的快速发展及其系统结构的日趋复杂,促进了微机电系统中微装配技术的日益蓬勃发展.因此对微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的重视.详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术,包括微装配机理、显微视觉技术、微夹持器、微驱动技术等,最后对微装配的发展进行了展望.
微机电系统 微装配 微夹持器 显微视觉
