[发明专利]一种微纳米量级的二元面结构光检测方法及系统

说明书

本发明提供一种微纳米量级的二元面结构光检测方法及系统，该方法采用二元面结构光，采用LED光照射后采集的反射光强信息和图像确定目标物体的轮廓信息，再由计算机控制机械手臂位移一定距离坐标至目标大概位置，之后由光纤束传输投射编码面结构光，采集放大后的调制光信息图像进行三维重建获取微小目标的三维信息，最终引导机器人获得微纳米器件的精准位置及结构状态，使机器人实现微纳米器件的检测及组装功能。本发明的有益效果是：本发明基于面结构光的三维点云和由曲面深度变化引起的光辐照度变化获得的三维信息，光强变化的信息可以生成另外一组三维数据，利用两种不同特性参量的点云数据，将点云数据融合，增强系统结构光测量的精度。

技术领域

本发明涉及三维重建技术领域，尤其涉及一种微纳米量级的二元面结构光检测方法及系统。

背景技术

迄今为止，众多国内外学者及公司对微纳米级测量进行了研究并取得一些成功。常见的微纳米测量技术根据其工作原理可分为触发式和非接触式测量。1981年美国IBM公司研制成功的扫描隧道显微镜(STM)，把人们带入了微观世界。STM具有极高的空间分辨率，平行和垂直于表面的分辨率分别达到0.1nm和0.01nm，即可分辨出单个原子，广泛用于表面科学，材料科学和生命科学等研究领域。为了弥补STM只限于观测导体和半导体表面结构的缺陷，G.Binnig等人发明了原子力显微镜(AFM),AFM利用微探针在样品表面划过时带动高敏感的微悬臂梁随表面起伏而上下运动，通过光学方法或隧道电流检测出微悬臂梁的位移,实现探针尖段原子与表面原子间排斥力检测，从而得到表面形貌信息，但AFM的缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。1988年中国科学院化学所研制成功国内首台具有原子分辨率的AFM。安装有微型光纤传导激光干涉三维测量系统，可自校准和进行绝对测量的计量型原子力显微镜可使目前纳米测量技术定量化。1989年R.C.Reddick等制成光子扫描隧道显微镜PSTM，其机理与STM相似，分辨率优于光波半波长值。而且可以利用光学显微镜成熟的多种成像机制和方法研究观察大气条件下的透明体等一般电子显微镜和扫描隧道显微镜难以解决的课题。英国National Physical Laboratory(NPL)研制了以电容传感器构建检测系统、以铍青铜悬臂为主构建灵敏杠杆机构的微纳米测头系统，分辨力为3nm，三维测量不确定度为50nm。德国联邦物理技术研究所(physikalisch technischebundesantalt,PTB)研制的基于Werth的三坐标测量机由一个光学测量系统和两个接触式三维微传感系统组成，分辨力为10nm,该测头可以实现宽30μm，深100μm的微槽内尺寸测量。

国内的清华大学李达成等研制成功在线测量超光滑表面粗糙度的激光外差干涉仪，该仪器以稳频半导体激光器作为光源，共光路设计提高了抗外界环境干扰的能力，其纵向和横向分辨率分别为0.39nm和0.73μm。中国计量科学研究院、清华大学等研制了用于大范围纳米测量的差拍法―珀干涉仪，其分辨率为0.3nm，测量范围±1.1μm，总不确定度优于3.5nm。台湾大学和合肥工业大学的范光照教授等人研制出的接触触发式测头，使用四只DVD光学读取头作为位移传感器而开发的三维纳米测头，该探头的接触力为109μN,触发重复性为10nm。

尽管在国内外很多研究机构已经在多种微纳米级的测量上已经突破了一些技术瓶颈，基于三维纳米测量(Nano-CMM)技术我国也已有国家课题支持。但总体上还是有一些缺陷：

(1)对于接触式测量，横向力影响图像质量，横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖刮擦样品会损坏软质样品。

(2)测速：对于接触式测头，为保证测量力，则要使测头的刚度减小，从而导致谐振频率低，动态响应慢。系统自身的抖动也可能降低其测量质量。

(3)对于目前已有的设备，大多数都为系统庞大、设备昂贵、不能移动等因素，不利于各种灵活测量，且需要在特定的环境下完成测量。

发明内容

本发明提供了一种，包括如下步骤：