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技術(shù)文章
激光雕刻切割機(jī)微系統(tǒng)和器件所使用的材料
點(diǎn)擊次數(shù)：543 發(fā)布時(shí)間：2013-7-10
目前，激光雕刻切割機(jī)微系統(tǒng)和器件所使用的材料多以單晶硅、多晶硅、氧化硅和一些金屬，還有聚酰亞胺等高分子材料。基本構(gòu)件主要有細(xì)絲、懸臂梁、微橋、簿膜、齒輪和微軸承等，由這些基本構(gòu)件組合成的結(jié)構(gòu)激光雕刻切割機(jī)不是傳統(tǒng)機(jī)械的簡(jiǎn)單幾何縮小。當(dāng)構(gòu)件細(xì)微到微米/納米尺度后，材料本身的力學(xué)、物理性質(zhì)及其受環(huán)境影響的CCD成像系統(tǒng)結(jié)合光學(xué)顯微系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)可以比較容易的對(duì)微位移、微馬達(dá)轉(zhuǎn)速等運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，而且可以達(dá)到較高精度。但是由于視覺(jué)成像系統(tǒng)采樣頻率的限制，單純的計(jì)算機(jī)微視覺(jué)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)高速、高頻運(yùn)動(dòng)參數(shù)的檢測(cè)。因此在計(jì)算機(jī)微視覺(jué)技術(shù)的基礎(chǔ)上引進(jìn)了頻閃光照明技術(shù)。
（2）干涉測(cè)量技術(shù)
針對(duì)MEMS的離面運(yùn)動(dòng)，頻閃顯微干涉系統(tǒng)（SMIS）在計(jì)算機(jī)微視覺(jué)和頻閃技術(shù)的基礎(chǔ)上融入了干涉系統(tǒng)。激光雕刻切割機(jī)主要通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象分別采集沒(méi)有干涉條紋的周期運(yùn)動(dòng)不同相位圖像和帶有干涉條紋的干涉圖像，并通過(guò)一定的算法對(duì)這些圖像進(jìn)行處理從而獲得各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
（3）光纖測(cè)量技術(shù)
采用反射式光纖位移傳感器，出射光纖和入射光纖并在一起，將被測(cè)面置于光纖端面附近，當(dāng)被測(cè)面有垂直于光纖的位移變化時(shí)，出射光纖中的光強(qiáng)將發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)面的運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)量。用光纖耦合法測(cè)量微懸臂梁的橫向振動(dòng)參數(shù)，以不同頻率激勵(lì)懸臂梁，作為發(fā)射面的梁的振幅會(huì)發(fā)生變化，出射光纖中的光強(qiáng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，激光雕刻切割機(jī)檢測(cè)光強(qiáng)的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)梁的固有頻率的檢測(cè)。
對(duì)靜態(tài)參數(shù)激光切割機(jī)測(cè)量主要是針對(duì)微小構(gòu)件的二維或三維尺寸、三維形貌的精密測(cè)量。目前，光切法、干涉法、共焦顯微干涉法等非接觸測(cè)量方法已經(jīng)成為對(duì)微小構(gòu)件幾何量精密測(cè)量的主要方法，其中，將計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與光學(xué)顯微技術(shù)相結(jié)合的微視覺(jué)測(cè)量方法越來(lái)越受到重視。
微視覺(jué)激光切割機(jī)測(cè)量技術(shù)在微幾何量檢測(cè)領(lǐng)域越來(lái)越得到重視。對(duì)亞微米級(jí)的微機(jī)械量和幾何量的檢測(cè)和計(jì)量手段有：掃描電子顯微鏡（SEM）、掃描探針顯微鏡（SPM）、干涉顯微鏡、高精度輪廓儀、光電坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM—Opt）等。其中，SEM和SPM的測(cè)量范圍分布在幾納米到200um；白光干涉顯微鏡測(cè)量范圍分布在0.05um~0.6mm；輪廓儀測(cè)量范圍分布在0.lum~5mm；采用光探針（OpticalProbe）CMM測(cè)量范圍分布在lum~lOOOmm；具有機(jī)械式測(cè)頭（Me—chanicalProbe）的CMM對(duì)微機(jī)械量和幾何量檢測(cè)和計(jì)量相對(duì)較困難；掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）就其測(cè)量精度和范圍屬于激光打標(biāo)機(jī)納米測(cè)量手段。
（2）干涉測(cè)量技術(shù)
針對(duì)MEMS的離面運(yùn)動(dòng)，頻閃顯微干涉系統(tǒng)（SMIS）在計(jì)算機(jī)微視覺(jué)和頻閃技術(shù)的基礎(chǔ)上融入了干涉系統(tǒng)。激光雕刻切割機(jī)主要通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象分別采集沒(méi)有干涉條紋的周期運(yùn)動(dòng)不同相位圖像和帶有干涉條紋的干涉圖像，并通過(guò)一定的算法對(duì)這些圖像進(jìn)行處理從而獲得各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
（3）光纖測(cè)量技術(shù)
采用反射式光纖位移傳感器，出射光纖和入射光纖并在一起，將被測(cè)面置于光纖端面附近，當(dāng)被測(cè)面有垂直于光纖的位移變化時(shí)，出射光纖中的光強(qiáng)將發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)面的運(yùn)動(dòng)特性的測(cè)量。用光纖耦合法測(cè)量微懸臂梁的橫向振動(dòng)參數(shù)，以不同頻率激勵(lì)懸臂梁，作為發(fā)射面的梁的振幅會(huì)發(fā)生變化，出射光纖中的光強(qiáng)也會(huì)隨之發(fā)生變化，激光雕刻切割機(jī)檢測(cè)光強(qiáng)的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)梁的固有頻率的檢測(cè)。
對(duì)靜態(tài)參數(shù)激光切割機(jī)測(cè)量主要是針對(duì)微小構(gòu)件的二維或三維尺寸、三維形貌的精密測(cè)量。目前，光切法、干涉法、共焦顯微干涉法等非接觸測(cè)量方法已經(jīng)成為對(duì)微小構(gòu)件幾何量精密測(cè)量的主要方法，其中，將計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)與光學(xué)顯微技術(shù)相結(jié)合的微視覺(jué)測(cè)量方法越來(lái)越受到重視。
微視覺(jué)激光切割機(jī)測(cè)量技術(shù)在微幾何量檢測(cè)領(lǐng)域越來(lái)越得到重視。對(duì)亞微米級(jí)的微機(jī)械量和幾何量的檢測(cè)和計(jì)量手段有：掃描電子顯微鏡（SEM）、掃描探針顯微鏡（SPM）、干涉顯微鏡、高精度輪廓儀、光電坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM—Opt）等。其中，SEM和SPM的測(cè)量范圍分布在幾納米到200um；白光干涉顯微鏡測(cè)量范圍分布在0.05um~0.6mm；輪廓儀測(cè)量范圍分布在0.lum~5mm；采用光探針（OpticalProbe）CMM測(cè)量范圍分布在lum~lOOOmm；具有機(jī)械式測(cè)頭（Me—chanicalProbe）的CMM對(duì)微機(jī)械量和幾何量檢測(cè)和計(jì)量相對(duì)較困難；掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM）就其測(cè)量精度和范圍屬于激光打標(biāo)機(jī)納米測(cè)量手段。