納米操作機(jī)視覺伺服技術(shù)研究.pdf

1、納米技術(shù)在飛速發(fā)展，納米材料依靠其優(yōu)良獨(dú)特的性能應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。納米操作技術(shù)對納米科技的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。以往的納米操作系統(tǒng)都是依靠人手工操作信號輸入設(shè)備完成對納米器件的操作，這種方法很費(fèi)時(shí)，還容易造成設(shè)備損壞。隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)納米操作的自動(dòng)化是大勢所趨。納米操作的自動(dòng)化必須實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，然而現(xiàn)有的傳感器很難達(dá)到納米級別的測量精度，掃描電子顯微鏡(SEM)憑借其極高的分辨率、高采樣率成為納米操作系統(tǒng)發(fā)展必不可少的工具

2、。
　　本文提出依靠掃描電鏡圖像，利用視覺伺服技術(shù)實(shí)現(xiàn)一定程度上自動(dòng)化的納米操作機(jī)，總結(jié)了用于納米操作機(jī)的視覺伺服技術(shù)并對這些方法在納米操作機(jī)上的應(yīng)用效果進(jìn)行了仿真測試。
　　首先搭建了納米操作系統(tǒng)，分析了各組成部分的作用。選擇SEM作為視覺伺服系統(tǒng)圖像信息采集反饋裝置，簡要介紹了掃描電鏡的成像原理和系統(tǒng)選用電鏡的型號和性能指標(biāo);選擇壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器作為探針控制器件，得到壓電陶瓷器件的簡化模型;同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速性，在位置

3、反饋環(huán)節(jié)依靠掃描電鏡和應(yīng)變片共同完成。
　　由于整個(gè)系統(tǒng)性能很大程度上依賴于SEM圖像，需要對圖像進(jìn)行高性能處理，包括降噪和圖像漂移補(bǔ)償。選擇NL-means算法作為去噪濾波器，相對于傳統(tǒng)的降噪方法有更優(yōu)良的性能;但這種方法運(yùn)算量大，普通的處理方式不能滿足伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，隨后采用依靠GPU并行加速的方法解決去噪的快速性問題;提出了將圖像相似性算法用于對SEM圖像漂移補(bǔ)償?shù)姆桨?作為實(shí)現(xiàn)視覺伺服的必備條件，必須知道被控對象和目

4、標(biāo)的實(shí)時(shí)位置，本文利用具有仿射不變性的SIFT算法實(shí)現(xiàn)對探針針尖的運(yùn)動(dòng)，對于追蹤目標(biāo)的辨識(shí)，依據(jù)具體使用條件做出調(diào)整。
　　課題的目標(biāo)是通過SEM圖像獲得壓電驅(qū)動(dòng)器所需的輸入信號，由圖像信息作為控制規(guī)律的輸入信號得到。將小孔成像模型的雅可比模型遷移到SEM成像模型上，依靠在線調(diào)節(jié)算法獲得實(shí)時(shí)圖像雅可比矩陣;針對探針控制快速性和精確性的綜合要求，實(shí)現(xiàn)基于應(yīng)變片信號和基于視覺伺服的信號切換方法;提出一種簡單而實(shí)用性強(qiáng)的Z軸接觸檢測方法