基于面内补偿的微机电系统离面运动测试

将频闪成像技术和相移显微干涉技术相结合,提出了一种基于面内补偿的微机电系统(MEMS)离面运动测试方法。首先通过相移显微干涉技术自动采集MEMS结构运动周期内不同准静态位置处的数帧相移干涉图像;然后通过图像处理得到每个准静态位置的亮场图像,进行面内位移测试;最后利用面内位移测试结果对离面位移测试进行补偿,即双相位展开算法,完成对于MEMS结构的离面运动测试。实验结果表明:面内运动的测试的精度可达0.01 pixel,静态离面高度测试的重复精度可达0.52 nm,可以完成伴随着面内位移的MEMS离面位移测试。     

基于改进LK光流法的MEMS面内运动分析技术

为获取微机电系统(MEMS)面内运动过程中的动态 特征,文中提出了一个MEMS面内运 动测量系统．该系统通过FPGA产生相机外触发和频闪光源两路时钟同步驱动脉冲,利用频闪 成像的原理对谐振状态下的MEMS器件进行图像采样．对图像序列进行Canny边缘检测后,引 入Shi-Tomasi角点和Lucas-Kanade光流追踪的方法进行运动分析,获取器件的幅相信息参 数 ．使用该系统对一个定制的微陀螺仪进行实验测量,实验证明该技术可实现MEMS面内运动的 亚像素精度测量,与传统的LK光流法匹配相比,能够减少由图像灰度值变化带来的测量误差 ,同时该方法具有较好的测量精度,测量重复性可达10 nm。     

采用差分相位测量方法的MEMS运动表征系统

介绍了一种基于计算机控制的频闪干涉测试系统,用于测量可动微机电系统(MEMS)器件的离面运动,实现了nm级分辨力.系统采用五步相移高精度干涉测量方法,通过选择器件上的固定点作为参考点,实现差分测量模式,有效消除了随机误差的影响,提高了系统测量的重复性,10次测量的重复精度为3.17 nm.通过研究微谐振器的离面运动特性,说明该系统的强大功能.     

利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。     

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉陶建立二维结构模板指导相位展开的新方法,它不仅适用于静态测量,而且能应用于在动态测量中,特别是微机电系统（MEMS）器件的运动测量。以微谐振器为测试器件,对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量,实验的离面理论测量精度优于0．5nm,测试结构内部的面内理论测量精度优于0．5μm,而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响,其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。     

基于模糊图像合成的微结构平面运动测量技术

动态测试技术在MEMS研发过程中具有极为重要的作用。本文在机器微视觉的MEMS动态测试系统的基础上 ,基于模糊图像合成技术对MEMS谐振器的运动特性如谐振器的运动幅度、谐振频率 f及品质因数Q等重要参数进行了测试 ,并给出了实验结果。     

基于模糊图像合成的微结构平面运动测量技术

动态测试技术在MEMS研发过程中具有极为重要的作用.本文在机器微视觉的MEMS动态测试系统的基础上,基于模糊图像合成技术对MEMS 谐振器的运动特性如谐振器的运动幅度、谐振频率f及品质因数Q等重要参数进行了测试,并给出了实验结果.     

基于模糊图像合成的微结构平面运动测量技术

动态测试技术在MEMS研发过程中具有极为重要的作用。本文在机器微视觉的MEMS动态测试系统的基础上,基于模糊图像合成技术对MEMS谐振器的运动特性如谐振器的运动幅度、谐振频率f及品质因数Q等重要参数进行了测试,并给出了实验结果。     

基于计算机视觉的MEMS测试系统

根据MEMS测试的要求 ,设计并实现了一种基于计算机视觉的MEMS测试系统。该系统是一个典型的光、机、电、算集成的MEMS测试系统 ,已应用于MEMS微结构几何尺寸和动态特性等的测量。因采用了亚像元定位技术 ,系统具有较高的测量精度。应用表明该系统具有较好的灵活性和扩充性 ,测量速度快 ,测试简便 ,有较好的工程应用价值     

基于计算机视觉的MEMS测试系统

根据MEMS测试的要求,设计并实现了一种基于计算机视觉的MEMS测试系统.该系统是一个典型的光、机、电、算集成的MEMS测试系统,已应用于MEMS微结构几何尺寸和动态特性等的测量.因采用了亚像元定位技术,系统具有较高的测量精度.应用表明该系统具有较好的灵活性和扩充性,测量速度快,测试简便,有较好的工程应用价值.     

Optical Measurement System for Motion Characterization of Surface Mount Technology

Advanced testing methods for the dynamics of mechanical microdevices are necessary to develop reliable, marketable microelectromechanical systems. A system for measuring the nanometer motions of microscopic structures has been demonstrated. Stop-action images of a target have been obtained with computer microvision, microscopic interferometry, and stroboscopic illuminator. It can be developed for measuring the in-plane-rigid-body motions, surface shapes, out-of-plane motions and deformations of microstructures.A new algorithm of sub-pixel step length correlation template matching is proposed to extract the in-plane displacement from vision images. Hariharan five-step phase-shift interferometry algorithm and unwrapping algorithms are adopted to measure the out-of-plane motions. It is demonstrated that the system can measure the motions of solder wetting in surface mount technology（SMT）.     

三维相移电子散斑干涉中的位移场分离研究

提出一种可将离面位移与面内位移分离的方法。在双光束电子散斑干涉(ESPI)中增加参考光,使其为两光束所共用。实验时,两束光各自独立地对变形物体进行测量,结合相移技术,可分别得到包含离面和面内位移信息的2幅相位图。理论分析表明,只需简单的相位运算就能够将面内位移场与与离面位移场分离。典型的3点弯曲梁实验证实了该方法的可行性。     

离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部缺陷

为了实现对材料内部较深层缺陷的大小和深度的检测,采用弹性理论分析并结合离面位移数字散斑干涉实验的方法,分析了含内部缺陷试件的离面位移分布,并给出了理论解。同时用数字散斑干涉和数值仿真得出试件的离面位移,将3种方法得到的离面位移及其1阶导数的分布做了对比,由对比结果可知,理论、实验及仿真得到的结果非常吻合,并对误差做了分析。从实验得到离面位移的1阶导数可获得缺陷的大小,结合理论计算出缺陷的深度,二者的误差都在允许范围之内。结果表明,利用离面位移数字散斑干涉系统测量材料内部较深层缺陷具有很高的准确性。     

两次散斑干涉法

文章分析了散班干涉法中法向位移对面内位移的干扰,提出了新的实验方法——两次散斑干涉法,分离面内位移和法向位移.     

大位移电子散斑干涉法

针对电子散斑干涉（ESPI）法处理大位移时的困难,提出了一种改进的ESPI法。将数字散斑相关法（DSCM）引入ESPI中,由DSCM计算引起散斑去相关的面内位移,将所得二维面内位移对失配散斑场进行校准,恢复干涉条纹。用对离面位移敏感的ESPI光路,结合相移方法求得对应离面位移的相位数据,和二维面内位移一起,构成物体三维位移。对周边同定、中心加载的有机玻璃试件进行了测量,结果表明能产生质量干涉条纹,证明该方法是合理、可行的。     

基于激光干涉法测水介质正弦压力的动态校准技术

针对动态压力传感器校准中,压力无法直接准确溯源的问题,一种利用激光干涉法测量水介质折射率的方法用于正弦压力校准。压力腔内充满水介质并产生动态压力,以周期型的正弦压力为例,通过激光干涉测量正弦压力下水介质折射率的改变,得到介质动态压力的大小。为了对正弦压力进行精确测量,建立数学模型并进行实验验证,研制专门的解调系统,通过硬件和软件的配合来实现正弦压力的精确测量。通过静态和动态试验验证了基于激光干涉测量压力的数学模型,激光干涉方法来测量动态压力切实可行,实现动态压力的量值溯源到时间、长度等基本量上。     

Simultaneous Measurement of PWB and Chip Package Warpage Using Automatic Image Segmentation

The shadow moire and projection moire techniques are widely used methods for measuring printed wiring board (PWB) and PWB assembly (PWBA) warpage. Both methods have high resolution, high accuracy and are suitable for use in an online environment. When measuring the warpage of a bare PWB, maximum warpage across the PWB is calculated by subtracting the minimum out-of-plane displacement on the PWB from the maximum out-of-plane displacement on the PWB. However, when the PWB is populated with electronic components (chip packages); the difference between the maximum and minimum out-of-plane displacements on the PWBA is not the warpage of the PWB or the warpage of the chip packages. In order to use warpage measurement methods such as the shadow and projection moire techniques to accurately and separately determine the warpage of a PWB and chip packages in a PWBA, an automated chip package segmentation algorithm is developed and will be presented in this paper. The automated algorithm is based on active contour models (snakes) and can be used to detect chip package locations on an out-of-plane displacement image of a PWBA. This paper will discuss the characteristics of the automated algorithm, which is applicable to all warpage measurement methods, not just the out-of-plane moire methods. Warpage case studies of PWBs populated with plastic ball grid array chip packages measured using the projection moire technique will also be presented and will show that the developed algorithm along with a warpage measurement method is a powerful tool for measuring the warpage of populated PWBs.     

基于傅里叶干涉法的微结构离面运动测量

提出一种基于傅里叶变换的频闪显微干涉测试方法,对微谐振器和微悬臂梁的离面运动进行测试研究.微结构受激励产生周期离面运动,单个运动周期分解成若干运动相位,利用频闪照明获得不同运动相位的干涉图像,通过傅里叶变换计算出各自的包裹相位,并利用时间轴相位展开提取出微结构的离面周期运动信息.与时间相移干涉法相比,该方法只需在单个运动相位下采集1幅干涉图像,减少了干涉图像采集的时间.对比实验结果表明,傅里叶干涉法的离面运动测量精度优于20 nm.