微纳米表面形貌测量中探针形状重建的分析

摘要

表面三维形貌检测是获取零件表面形态特征的一种重要手段，也是记录、比较和复制物体形态特征的基础，它在机器视觉、自动加工、工业检测、产品质量控制和生物等领域具有重要意义和广阔的应用前景。但在接触式测量与扫描探针显微镜中存在一个问题，就是所获得的扫描图像是样品与触针/探针共同作用的结果，即是被测样品实际形貌的近似描述。所以触针/探针重建是减小探针膨胀效应的要求，利用估计的探针形貌进行表面重建能够得到更准确的测量结果。 本文介绍了微米尺度下触针重建的方法—刮胡刀片法，以及纳米尺度下探针重建的方法—盲重建法；通过模拟探针扫描成像，分析了探针形状对测量样品结果的影响；通过对仿真的成像结果采用盲重建法得到的探针结果，分析了盲重建法的优缺点；提出了一种探针重建方法—STRM法(StylusTipReconstructionMethod)，并分别与微米尺度下国际标准ISO5436-1(GB/T19067.1)建议的刮胡刀片法和纳米尺度下美国国家标准与技术研究院所提出的盲重建法进行比较，比较是通过对微米尺度与纳米尺度下的扫描实验数据采用上述三种方法处理，比较结果表明STRM法与刮胡刀片法、盲重建法的重建效果相近。未来可继续对探针轮廓进行三维重建，提升粗糙度测量的精度。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1表面形貌测量及其意义

1.2表面测量技术发展

1.3针尖几何形状对测量结果的影响

1.4研究的意义

1.5研究内容

第二章微米探针重建方法

2.1微米——刮胡刀片法的介绍

2.2存在的问题

2.3纳米—盲重建

2.4本章小结

第三章纳米探针重建方法

3.1数学形态学的定义和性质

3.2纳米探针重建方法

3.2.1成像公式推导

3.2.2腐蚀算法

3.2.3盲重建

3.3LABVIEW开发环境的介绍

3.3.1 Labvi ew程序概念

3.3.2开发LABVIEW程序的一般步骤

3.4程序仿真

3.4.1探针形状的数学表达式

3.4.2映射、膨胀和腐蚀算法的实现

3.4.3探针形状对成像结果的影响

3.4.4用LABVIEW实现盲重建

3.4.5盲重建法重建探针结果

3.4.6用重建的探针进行腐蚀运算

3.5用C语言实现盲重建算法

3.6本章小结

第四章STRM法重建探针

4.1 STRM法的提出

4.2模拟用STRM法重建探针

4.3本章小结

第五章探针重建实验及数据比较

5.1实验设备

5.2微米尺度探针重建实验与结果比较

5.2.1实验A

5.2.2实验B

5.2.3实验C

5.3纳米尺度探针重建实验与结果比较

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文及参与课题项目情况

致谢

附录