非接觸多維微小位移測(cè)量.pdf

1、目前微小位移的測(cè)量分為接觸式和非接觸式兩類。接觸式的以電感渦流位移傳感器、光纖光柵位移傳感器等為代表;其特點(diǎn)是測(cè)量穩(wěn)定、可靠。但由于測(cè)量過程被測(cè)物需安裝傳感器,實(shí)際使用中只能用于一些相對(duì)固定的特定場(chǎng)合,應(yīng)用局限性較大。非接觸式的以激光測(cè)量為代表,其最大優(yōu)勢(shì)是非接觸測(cè)量且測(cè)量精度較高,但測(cè)量探頭體積較大、開機(jī)穩(wěn)定時(shí)間較長(zhǎng)、激光器件可靠工作的壽命較短、對(duì)于多維數(shù)測(cè)量結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)。本文的研究目的是在分析上述各種測(cè)量方式的基礎(chǔ)上,找到既有非接

2、觸測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)、又能實(shí)現(xiàn)多維測(cè)量的測(cè)量方式?；镜难芯克悸窞?對(duì)于1um以上位移的測(cè)量,采用視頻顯微放大的方式將被測(cè)對(duì)象采集后,利用圖像處理技術(shù),對(duì)圖像進(jìn)行去噪、二值化、圖像特征提取并保存。測(cè)量狀態(tài)時(shí),對(duì)實(shí)時(shí)輸入圖像處理得到圖像特征與原來(lái)所存儲(chǔ)的圖像特征進(jìn)行匹配,從而計(jì)算出多維微小位移量。對(duì)于100nm-1um的亞微米級(jí)位移測(cè)量,由于顯微放大時(shí)光線在顯微鏡頭中已經(jīng)發(fā)生衍射,導(dǎo)致圖像的特征點(diǎn)采集有效率下降。本研究采用改進(jìn)勞埃德鏡裝置,利用干涉

3、條紋的間距變化間接測(cè)量微小位移,計(jì)算后得出真實(shí)移動(dòng)值。本方法最大意義在于:除測(cè)量亞微米的位移量外,還可以用本研究思想來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量薄膜瞬間厚度等其它測(cè)量方式難以完成的工作。為實(shí)現(xiàn)研究思路,同時(shí)考慮到使用圖像處理作為測(cè)量計(jì)算的特點(diǎn)是處理的數(shù)據(jù)量大,計(jì)算非常耗時(shí)。在設(shè)計(jì)過程中,廣泛查閱了相關(guān)資料,在消化資料的基礎(chǔ)上,比較了不同的方法的優(yōu)劣,提出了基于FPGA的實(shí)現(xiàn)方案,使用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)功能模塊的方法,通過功能模塊的硬件化,解決了視頻圖像

4、處理的速度問題。因此,本文主要完成了設(shè)計(jì)模型的推導(dǎo)、圖像數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示輸出及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證等設(shè)計(jì)。系統(tǒng)調(diào)試中,由于涉及到不同芯片的下載/配置,而不同廠商的下載/配置電纜結(jié)構(gòu)不同,實(shí)際使用中頗為不便。為此設(shè)計(jì)開發(fā)了多用途的下載編程電纜(實(shí)用新型專利:200420094721.5),利用上位機(jī)管理軟件實(shí)現(xiàn)不同芯片下載/配置進(jìn)行切換,并能完全兼容下載芯片官方的下載軟件,保證了本研究芯片下載的方便性。目前實(shí)現(xiàn)的功能中,可對(duì)Altera、