薄膜在线厚度检测方法及应用

为了提高聚乙烯塑料薄膜质量,生产过程中实时对薄膜厚度进行检测非常重要,本文介绍一种基于电容式传感器测量原理、实现薄膜厚度在线测量的方法,满足生产过程中对制品进行连续测量监控的要求。同时由于薄膜生产线的工艺特点,生产过程一般采用双层折叠方式,在线检测通常只能测量双层总厚度,本文提出一种采用计算机软件运算方式将双层测量结果转换为单层厚度的方法,解决实现单层厚度在线测量的难题。     

一种测量纳米薄膜厚度的新方法

提出了一种量测纳米薄膜厚度的方法,即根据纳米薄膜与其基底间存在的力学性质上的差异,选用合适的刻划工具,通过对薄膜直接进行刻划,产生划透薄膜且不影响基底的划痕,再运用原子力显微镜扫描,得到划痕区域的微观形貌,由此计算出纳米薄膜的厚度.用该方法对TiO2纳米薄膜进行测量,得到薄膜的平均厚度为71.6 nm,与相关文献报道的用其它方法测得的薄膜厚度值较吻合.作为测量纳米薄膜厚度的又一方法,此法具有适用范围广,厚度图像直观,操作和计算均较为简单,精度较高的特点.     

CCD摄像机标定中角点亚像素定位方法

CCD摄像机的标定是实现光学三维轮廓测量技术的必要步骤,其标定精度在很大程度上取决于标定特征点的定位精度.在分析现有棋盘格角点像素级和亚像素级定位方法不足的基础上,提出了一种基于改进SV方法的棋盘格角点亚像素定位方法.首先,采用SV算子对角点进行像素级检测;其次,选取标定图像中以初定位角点坐标为中心的5×5像素区域,对其灰度值进行双线性插值;最后,计算插值图像的灰度质心,再根据插值放大倍数,将质心转换到亚像素坐标,实现了角点亚像素定位.实验结果表明,该方法可以获得亚像素级角点坐标,实现CCD摄像机的高精度标定,标定平均误差为0.108 mm.     

小力值火箭发动机推力测量静态标定装置研制

以压电石英测力平台为核心,建立起一套小力值火箭发动机推力测量的静态标定装置,解决了静态标定中液压加载出现的问题.通过实验获得了测力平台的各项静态性能指标,并对该静态标定系统进行了不确定度分析.结果表明:该压电石英测力平台具有良好的静态特性,其线性度、重复性指标都在1%以内,且该静态标定系统测量结果的不确定度远小于5%,测量精度比较高.因此,该测力平台的各项静态指标能够满足小力值火箭发动机的推力测试要求.     

AZO薄膜的光学性质研究

采用直流反应磁控溅射法,用Zn(99.99%)掺 Al(1.5%)靶制备出高质量的Al掺杂的ZnO(AZO)薄膜,用紫外可见、红外分光光度计等测试手段对沉积的薄膜进行了表征和分析,并对AZO薄膜的折射率和厚度进行了理论分析.薄膜的光谱分析结果表明:薄膜样品的可见光透射率平均值均在80%以上.AZO薄膜在紫外有很强的吸收峰,在红外区域,其反射率可达70%.通过理论计算得出了AZO薄膜样品的厚度为101 nm,与台阶仪测量的结果基本相符.     

基于ANSYS的新型聚合物石英压电传感器振动性能分析

新型聚合物石英压电传感器制备过程中,AT切型石英压电传感器基体的表面粗糙度及其基膜界面化学性质影响聚合物薄膜的生长,导致聚合物薄膜厚度不均匀、表面存在缺陷,使得传感器采集的频率信号不稳定.本文建立了新型聚合物石英压电传感器在考虑薄膜厚度不均、中心缺陷条件下的力学模型,利用ANSYS有限元软件对其进行模态分析,得到复杂条件下传感器振动特性.模态分析结果发现,传感器固有频率值随聚合物薄膜缺陷的半径值增大呈现出从稳定到发散的趋势、随薄膜的厚度值增大呈现出线性增大的趋势.研究结果表明,新型聚合物石英压电传感器的生产应确保薄膜厚度均匀且严格控制中心缺陷半径小于0.5 mm,该结果为制备稳定的新型聚合物石英压电传感器提供了重要依据.     

基于自标定数字图像相关技术的榫卯构件大面积全场变形测量

为了实现榫卯构件大面积全场变形测量,采用散斑自标定方法对三维数字图像相关测量系统进行标定.该方法直接利用被测表面的散斑信息标定得到三维数字图像相关系统中2个相机的相对姿态,无需使用特制的平面标定板.对比测量实验结果表明,普通三维数字图像相关系统与自标定三维数字图像相关系统的面内位移测量相对误差分别为0.2%和0.3%,离面位移测量相对误差分别为0.5%和0.6%,两者精度基本一致.采用散斑自标定方法可使大视场、远距离条件下双目系统标定更加灵活可行.将所提方法应用于木结构榫卯构件的大面积变形测量,可以更加方便可靠地获得构件的变形分布、掌握构件破坏过程中的变形情况.     

基于虚拟仪器的压延机在线测厚系统

提出了一种基于虚拟仪器平台的压延机在线测厚系统．采用基于线阵CCD的光学投影法实现薄片产品在线厚度测量．设计了基于C8051单片机的集成化传感器模块和二维坐标数据采集模块，对厚度值及其位置坐标进行记录．应用虚拟仪器开发平台LabVIEW构建基于PC机的数据采集和控制系统，PC机与各测量模块间通过USB和RS485串行总线进行通讯，通过PC机中的虚拟仪器界面实现对测厚系统的控制和数据分析．实验表明：该测量系统在10mm测量范围内的在线测量标准偏差为20μm，可以高效、准确地完成压延机产品的在线测量任务．     

基于单维拉线测量系统的码垛机器人定位误差分析及运动学标定

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于单维拉线测量系统对该机器人的运动学标定方法进行了研究.采用环路增量法构造了码垛机器人平行四连杆的误差模型,并建立了带关节变量比例系数的运动学误差模型,从而对关节传动误差进行补偿.通过对影响机器人末端位置精度的几何误差参数进行敏感性分析,将几何误差源简化为11项,可有效提高辨识效率.结合单维拉线测量系统的特点,建立了末端运动误差与几何误差源的映射关系,进而提出了一种基于距离测量的参数辨识模型.通过计算机仿真和标定试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明,标定后码垛机器人位置误差3?值由11.73,mm减小至1.79,mm,运动精度提升84.7%,.     

基于图像处理技术的工件长度在线测量

针对轧钢厂加热钢锭传输线,提出了一种工件长度在线测量方法.利用CCD摄像机对生产线上工件的图像信息进行远距离采集.考虑到实时在线检测要求算法简单计算速度快,在对图像信息进行边缘噪声滤除的基础上,利用图像灰度的梯度算子提取工件边缘特征,并进行边缘识别,从而实现工件长度的在线测量.为补偿摄像镜头的非线性影响,进行了二次多项式拟合处理,以提高测量精度.同时,介绍了实时在线测长系统的组成和功能,并对其测量速度和精度进行了实际测试分析,结果表明,被测工件长度在400~1 200 mm之间,运行速度不高于5 m/s时,测量误差低于0.4%.     

差分激光三角法油膜厚度测量传感器的测量范围与精度分析

针对所研制的海面溢油油膜厚度测量传感器的测量范围和精度进行了研究.在分析基于垂直入射差分激光三角法油膜厚度测量原理的基础上,分别采用厚度0.1,mm的塞尺和10,mm的陶瓷量块对传感器的测量上下限进行了验证,并采用厚度为1~10,mm的0级陶瓷量块对传感器进行了精度测量和分析.结果表明,所研制的油膜厚度测量传感器的范围为0.1~10,mm,测量相对误差小于1%.     

椭偏法研究ZrO2薄膜的宽光谱特性

摘要：为了获得ZrO2薄膜的光学常数,采用了德国SENTECH生产的SE850宽光谱反射式光谱型椭偏仪,测量和分析了用光控自动真空镀膜机沉积在K9玻璃基底上的两个单层ZrO2薄膜样品,得到了ZrO2薄膜在300nm?2500nm宽谱上的光学常数曲线和薄膜厚度。结果表明：样品1采用Cauchy模型和Tauc-Lorentz模型得到的厚度和光学常数结果一致;对样品2把单层ZrO2薄膜分成三层得到的均方差（MSE）比没有分层的均方差少0.381,分层得到的ZrO2薄膜的厚度的测量值与TFCalc软件的计算值非常接近,同时得到薄膜的折射率曲线。该研究结果对应用ZrO2薄膜多层膜膜系设计和制备有参考价值。     

利用单波长椭偏仪对各向异性薄膜光学常数和欧拉角的研究

基于椭偏测量原理和4×4矩阵法原理,提出了利用单波长椭偏仪在光轴平行于薄膜表面方向上测量各向异性薄膜的薄膜参数(包括双折射率、厚度及欧拉角)的方法.通过转动待测样品90°的方法,得到2组椭偏参数,利用反演算法对2组椭偏参数进行反演,得到各向异性薄膜的4个薄膜参数;采用数值模拟分析了入射角、薄膜厚度、欧拉角及其定位误差对测量结果的影响;实验测量了光轴平行于样品表面的各向异性聚酰亚胺薄膜样品在转动前后的椭偏参数,并进行反演.结果表明:该方法提出的算法反演稳定性好、精度高;该方法测得各向异性薄膜的寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度以及欧拉角的精度分别达到0.000 1、0.000 1、0.1 nm及0.03°;寻常光折射率、非寻常光折射率、厚度的最大测量误差分别为0.001 2,0.004 4以及4.57 nm;该方法具有较好的测量稳定性、自洽性及可靠性.文中提出的方法具有测量过程简单、对实验仪器要求低的优点,拓展了单波长椭偏仪的测量范围,提出了各向异性薄膜参数的测量方法,具有实际应用意义.     

用三光束干涉法测量薄膜厚度

本文用三光束干涉法非接触地测量了薄膜厚度.该方法把位于中间的零级光作为测试光束,位于两侧的±1级光作为参考光束,不但具有精度高的特点,而且稍作改进还能用于其它多种参数的测量.     

基于反射光谱的InxGa1-xN半导体薄膜厚度测量

氮化镓薄膜是制造蓝紫光光电子器件的理想半导体材料之一。三元合金InGaN薄膜是优良的全光谱材料而且不同In组分的InGaN薄膜叠层可用于研制高效率薄膜太阳电池。精确测量InGaN薄膜的厚度有利于研制高效率的光伏器件。本文利用分光光度计实验研究了蓝宝石衬底金属有机物化学气相沉积（MOCVD）技术生长的铟镓氮（InGaN）半导体薄膜的反射光谱。基于薄膜干涉原理,计算分析了InxGa1-xN薄膜的厚度;结果发现利用反射光谱中不同波峰、波谷确定的薄膜厚度相对偏差度的平均值为4．42％。结果表明用反射光谱的方法测量InxGa1-xN薄膜的厚度是可行的。     

大型圆柱工件形位误差检测方法

采用三角法测距原理,使用高精度激光CCD位移传感器进行数据采集。针对激光CCD灵敏度高,干扰噪声容易混入测量数据中的问题,提出了一种基于小波分析的误差分离方法--运用谐波分析的思想方法和小波理论中Mallat多频率分析算法进行误差分离,经过误差分离以后的数据用人工免疫算法求出形位误差。以大型高精度油膜轴承为应用对象,研究了圆柱形工件形位误差在线测量方法。实验证明此方法精度高,操作简单,使用方便,具有很高的实用价值。     

几种常用光学方法测量薄膜厚度设计

随着科技的进步和精密仪器的应用,薄膜厚度的测量方法层出不穷,准确测量薄膜的厚度和光学常数在薄膜的制备和应用中起着关键的作用,直接关系到该薄膜材料能否正常工作。本文通过对薄膜的光学测量方法进行归类,列举其中一些测量方法在教学中的应用。     

基于双目视觉的柔性线缆运动检测方法及误差分析

研究大长径比柔性线缆的运动轨迹测量.根据线缆的几何特征和运动特点,提出了一种基于中心线匹配法的双目视觉运动检测方法,分析了该方法测量流程中的标定、匹配和重构误差之间的关系,建立了测量系统的几何误差模型并推导了误差估算公式,同时设计了一种误差校核方法.对该方法进行了实验验证,结果表明误差估计值0.11mm与实测误差值0.09mm接近,满足工程要求.     

集输站库原油精密盘库计量系统设计

为实时精确测量原油储罐液位及油水界面高度、计算集输站库原油库存量、达到原油收发计量误差小于0.35%的国家标准,设计了基于磁致伸缩液位计的集输站库原油精密盘库计量系统.系统采用三浮子法测量油水过渡带厚度,根据油水过渡带含水率随厚度的变化计算储油罐原油净油量,克服了常规测量方法由于油水过渡带厚度变化带来的测量误差;同时,为提高油罐盘库的测量精度,对罐内原油密度变化进行了补偿.系统综合误差小于0.2%,满足油田盘库计量精度的要求.     

一种基于视觉测量的大型碟式聚光器 镜面单元位姿调节方法

根据大功率碟式聚光器镜面单元结构特点及在线安装过程中对镜面单元位姿快速检测、高效调节和精确定位的需要,提出了一种基于三目视觉测量和机器人辅助安装的镜面单元位姿调节方法.建立了任一镜面单元角点空间坐标方程,设计了镜面单元位姿调节系统结构,并明确了相应调节方法与步骤.以38 k W碟式聚光器为例,对镜面单元不同位姿进行了光学计算,分析了视觉测误差和镜面单元制造误差等因素对镜面单元位姿调节的影响.结果表明,基于视觉测量的调节方法,在不考虑其他误差情况时,当视觉测量误差和镜面单元制造误差的综合误差控制在±2 mm内,能满足镜面单元位姿调节精度要求.