基于光学原理的三维形貌测量技术研究

为了加快产品开发和保证产品制造质量需要对物体的三维形貌进行精确的测量。光学形貌测量技术由于其高分辨率、无破坏、数据获取速度快等优点而被认为是最有前途的三维形貌测量方法。介绍了各种基于光学原理的三维形貌测量技术,并作了比较深入的分析和对比,为正确和广泛应用三维形貌测量技术提供了参考。给出了在该领域的发展方向和研究热点。     

应用多相机三维数字图像相关实现口腔印模三维重构

基于三维数字图像相关(3D-DIC)方法,采用拼接技术对口腔印模的三维形貌进行了测量。针对具有复杂表面形貌的口腔印模,采用由四个水平布置的相机组成的两个3D-DIC测量子系统,对每个子系统测量得到的局部形貌进行拼接,进而得到口腔印模的整体形貌。与传统的双相机3D-DIC测量方法测量结果进行了比较。实验结果表明,采用本文方法能够较好地重构出复杂的口腔印模的三维形貌,为口腔印模的三维重建提供了一种新的途径,同时也为复杂表面物体的三维形貌测量提供了参考。     

在GaN生长初期形貌发展的观察

报道了对GaN在生长初期形貌发展的观察和形貌的高度分布演化.形貌观察发现GaN外延层由分离的岛转化为连续的膜,形貌的发展显示GaN经历了横向生长的阶段.利用原子力显微镜有数字化记录的特点,从形貌的观察中也得到了外延层高度分布,发现高度分布可用单峰或多峰高斯分布拟合.通过与形貌特征的对比,发现宽而且不对称的分布对应着岛状的外延层形貌,可以用多峰高斯分布拟和;窄而且对称的分布则对应着比较连续的膜,可以用单峰高斯分布拟和.     

集成成像大纵深物体的三维形貌获取技术

为了满足现代工业所需的大纵深物体的三维形貌获取需求,解决传统结构光三维形貌获取技术纵深较小的问题, 借助集成成像这种阵列式多视点获取技术,构建了基于集成成像的大纵深物体的三维形貌获取技术。从集成成像原理出发,分析了集成成像三维物点和同名像点之间的关系,得到集成成像光学获取系统参数和三维物体纵深极限之间的关系。在此基础上,利用相机和电动平移台构建了扫描式相机集成成像三维形貌获取系统,并对纵深从600 mm到3 600 mm相对独立的2个物体构建的大纵深三维物体进行了形貌获取。光学实验结果显示,该集成成像大纵深物体三维形貌获取技术能够单次获取纵深为3 600 mm的三维物体的三维形貌,为大纵深物体的三维形貌获取提供了技术支持。     

基于C-T模型的光学元件加工表面的光学特性研究

基于C-T模型对光学元件加工表面微观形貌的双向反射分布函数(BRDF)进行了分析研究,针对光学元件精密切削表面建立了微观形貌仿真模型,利用Matlab软件仿真并分析了入射光参数和表面微观参数对BRDF的影响.结果表明,相同微观形貌参数下,BRDF函数峰值随入射角度和入射波长的增加而增大;当入射光参数相同时,微观形貌参数...     

一元溶剂体系HNBP结晶形貌的理论研究

本文计算了苯、甲苯、氯苯、苯甲醚4种溶剂作用下HNBP的晶面层与溶剂层的相互作用能,并对附着能进行了修正,预测了不同溶剂作用下HNBP的晶体形貌.结果表明加入不同的溶剂后,HNBP晶体的重要晶面与溶剂都呈吸引作用.苯溶剂使晶体形貌呈长形柱体状,纵横比为8.54;甲苯溶剂使晶体形貌呈片状,纵横比为7.38;氯苯溶剂使晶体形貌呈现出长方体状,纵横比为4.53;苯甲醚溶剂使晶体形貌呈菱柱状,纵横比为4.15.     

纳秒激光在K9玻璃中聚焦的损伤形貌研究

详细研究了纳秒激光脉冲在K9玻璃内部产生损伤的形貌特点.整个损伤形貌是前端较大、后端逐渐减小,呈纺锤形.损伤区可分为四种类型的损伤形貌：损伤点轴向的丝状等离子通道、熔化区域、裂纹区域和裂纹末端的折射率变化区域.给出了激光脉冲能量在空间的沉积函数和冲击波膨胀压强的表达式,并根据压强的空间分布特点对相应的损伤形貌进行了分析,理论分析与实验结果相符. 关键词： 激光损伤形貌 移动损伤模型 冲击波 激光能量沉积     

X射线形貌技术在铁磁、铁电畴研究中的应用

一、引 言 大量事实表明,X射线形貌技术对大块近完整晶体内各种类型缺陷的观察是一种很好的方法[1].铁磁、铁电畴和畴壁作为一种形式的面缺陷,其形貌观察的结果同样显示了该方法有着许多独特的优点.早在1960年K.Mexz用X射线反射形貌方法首次成功地显示了铁磁体内畴的一些组态.后来人们又在许多铁磁材料中作过畴的X射线形貌观察,特别是对Fe,Fe-Si中畴的观察结果大大丰富了有关磁畴及畴壁结构和它们在形貌衬度理论方面的研究[2,3].许多反铁磁材料(如 NiO,Cr等)的X射线形貌研究工作也是令人鼓舞的.作为形貌技术对磁畴研究的某些进展似乎表…     

超薄膜生长的Monte-Carlo研究

利用MonteCarlo(MC)模型研究了薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度之间的关系.模型中考虑了原子沉积、吸附原子扩散和蒸发等过程,与以前模型不同的是我们用Morse势计算粒子之间的相互作用,并详细考虑了临近和次临近原子的影响.结果表明,随基底温度的升高,岛的形貌经历了一个从分形生长到凝聚生长的变化过程.进一步研究表明,岛的形貌与基底的形貌之间的关系随着基底温度的升高有很大的变化,基底温度低时,岛的形状与基底形貌无关,高温时岛具有与基底形貌相似的结构.这些结果与实验结果一致.为了进一步说明 关键词：     

硅单晶中片状沉淀物X射线形貌研究

本文利用X射线截面形貌术、限区形貌术、回摆形貌术以及扫描电子显微镜等方法研究了硅单晶中一个片状沉淀物,确定其组态及在晶体内的位置,并对其形成作了简略的分析。 关键词：     

掺杂NaCl水溶液结晶形貌的分形研究

水溶液结晶是研究分形形貌的重要实验之一。本文通过改变溶液浓度,溶质组分和结晶温度等宏观实验参数,用分形维数的方法研究了这些参数对结晶形貌的影响。指出在低浓度下的非平衡态中溶液结晶形貌具有分形结构;不同晶体的生长作用力相互竞争,混乱度最大的情况下形成的分形结构最凸出,生长作用力是影响晶体形貌的主要因素;同时,分子热运动也是影响结晶形貌的因素之一。     

熔体生长水杨酸苯脂晶体的形貌

在实验上用实时观察法和Kyropoulos技术生长水杨酸苯脂单晶,研究晶体形貌随过冷度的变化关系。在理论上采用Hartman-Perdok的PBC方法,分析水杨酸苯脂单晶形貌和晶体结构的关系。应用木原的核心势能模型,扩展了PBC理论。解析的晶体形貌与实时观察法得到的晶体形貌相当一致。 关键词：     

集成成像同名像点三维形貌获取方法

为了实现被动式三维形貌获取技术, 首先利用光线追迹方法从理论上对集成成像阵列式多角度图像获取技术进行了深入分析;对于元素图像阵列中同名像点的间距和三维物点位置之间的关联性进行了理论分析;在此基础上提出了集成成像同名像点三维形貌获取方法。实验结果显示, 本文提出的集成成像同名像点三维形貌获取技术能够获取三维物体的三维形貌和任意三维点的空间坐标。定量实验结果显示获取结果相对误差小于5%, 证实了本文提出的基于集成成像同名像点三维形貌获取技术能够实现三维信息的光学获取。     

基于B样条的TERS形貌成像背景扣除方法

在针尖增强拉曼光谱(TERS)形貌成像过程中，由于针尖与扫描台无法绝对平行、样品电子密度骤变处针尖快速升降以及扫描控制系统响应时间特性差等综合原因的影响，往往使形貌图中带有倾斜或边界面卷曲的成像背景。成像背景对样品形貌的识别和分析带来十分不利的影响，而背景扣除就是解决该问题的重要手段，也是形貌成像预处理的重要组成部分。背景扣除的原理一般是通过拟合背景的方法来扣除成像中的背景。传统的背景扣除方法是利用多项式拟合的方法对成像进行逐行的基线校正，但是该方法在处理形貌成像时常常会由于过拟合而造成样品形貌的失真，同时容易在图片上留下明显的线条纹理。针对传统方法的缺点，本文提出采用B样条曲面拟合方法，直接对样品形貌图进行曲面背景拟合，发挥B样条低阶光滑的优点，能够有效克服传统方法的缺陷。在实验中，同时利用传统方法和该方法对金单晶和合成金片的形貌图进行背景扣除，实验结果表明，两种方法都能够扣除样品形貌图中的成像背景，但与传统方法相比，所提出的方法不会造成样品形貌的失真，且不会留下线条纹理，获得了更加良好的背景扣除效果，为进一步分析样品形貌特征提供了更准确可靠的信息，是一种更加有效的TERS形貌成像背景扣除算法。     

形貌依赖的ZnO阴极射线发光性质研究

采用溶剂热法,通过调节水和乙醇混合液的比例制备了多种形貌的ZnO微米结构。利用扫描电子显微镜（SEM）对ZnO微米结构的形貌及尺寸进行了观察。采用可以实现纳米级微观区域光谱采集的阴极射线发光（CL）技术,对不同形貌的单个粒子的光谱进行精细表征,获得了位置依赖的ZnO阴极射线发光数据。实验结果表明：ZnO材料的发光性质与形貌有关,由于形貌差异导致其局部结晶质量、界面缺陷、表面电荷分布、表面晶面等方面的差异,几种因素共同作用决定其最终的发光性质。     

Bi2Te3 基花状纳米片粉体的制备及热电性能研究

本文通过选用不同乙二胺四乙酸(EDTA) 的用量采用水热法制备出了具有花状纳米片形貌的碲化铋(Bi2Te3 ) 纳米粉体, 研究了不同 EDTA 的用量对 Bi2Te3 纳米粉体花状纳米片形貌的影响, 结果表明 EDTA 的用量对粉体的成相和形貌有很大的影响. EDTA 用量为0.2 g 是最佳值, 有助于形成纯相的 Bi2Te3 花状纳米片. 并以 Y元素掺杂为例, 研究了 EDTA 用量对元素掺杂 Bi2Te3 纳米粉体花状形貌的影响, 研究发现元素掺杂后对 Bi2Te3粉体的微观形貌有一定的影响. 为了保持元素掺杂 Bi2Te3 纳米粉体的花状形貌,EDTA 合适的用量至关重要. 以Y0 .2Bi1 .8Te3 为例, 研究了 EDTA 用量对样品的热电性能的影响. 结果表明, 花状纳米片形貌有利于在降低样品电阻率的同时有效降低样品的热导率, 从而大大增加了样品的ZT 值.     

薄膜系列实验的教学研究

从薄膜制备、生长过程动态分析以及形貌表征3方面设计了薄膜系列实验.用离子束溅射制备金属薄膜,研究了制备条件对溅射速率的影响,测量了薄膜生长过程中电阻的变化,用扫描隧道显微镜或原子力显微镜观测薄膜的表面形貌,并分析不同制备条件得到的薄膜的表面形貌特征.     

用特征多项式构造相移干涉相位提取算式

用相移干涉术测量物体表面形貌时，各种误差因素特别是相移器移相误差的影响使得表面形貌的测量偏离了实际值，甚至会产生形貌失真的现象。采用傅里叶分析的方法对相位提取算式作了理论分析，并根据特征多项式设计分析理论构造了新的、对移相误差不敏感的相位提取算式。经实验验证，该算法有效地提高了相移干涉仪测量表面形貌的Ra值，重复测量精度达5倍以上，使测量结果更接近实际值。     

大型复杂曲面三维形貌测量及应用研究进展

大型复杂曲面因为空间尺度大、结构复杂,因此对其进行测量和检测相对较困难,三维形貌测量技术分辨率高、数据获取速度快,为大型复杂曲面的偏差控制和逆向工程提供了技术保障。分析和综述了大型复杂曲面三维形貌测量及应用研究的进展,论述了目前实现大型复杂曲面三维形貌测量的手段,归纳和总结了目前以及未来几年可用大型复杂曲面三维形貌测量的设备和仪器的特点与应用场合,并对比分析了每种测量设备的优缺点,为正确和广泛应用三维形貌测量设备提供参考,重点介绍了三维点云获取方法及点云处理方法,对点云预处理方法、点云拼接方法所涉及的技术进行归纳总结。最后,对三维形貌测量技术的应用场合进行剖析,认为大型复杂曲面三维形貌测量将向着非接触、自动化方向发展,在发展过程中基于全局坐标的点云拼接、非贴点测量将成为研究的主要方向。     

基于子孔径拼接的衍射干涉靶丸形貌检测技术

为实现惯性约束聚变实验中核心部件球形靶丸表面形貌的高精度、高效率、无遗漏检测,建立了基于子孔径拼接和衍射干涉技术相结合的靶丸形貌测量装置,给出了测量的基本原理及系统单孔径横向分辨率的计算方法,并对靶丸旋转扫描时子孔径的排布进行了划分。针对点云数据横向间隔过大导致匹配算法迭代收敛速度缓慢,甚至不收敛的问题,提出以虚拟的极小半径代替实际曲率半径,将点云进行横向压缩的方法,在保持形貌特征不变的同时提高算法的匹配速度和准确性。最后,对直径1 mm的镀金球靶进行了实际测量,得到拼接后相对形貌误差峰谷值和均方根值分别为1.332和0.479的检测结果,可以同时获得表面形貌的整体起伏特征,以及局部的形貌细节。