Pomiar mikroprzemieszczeń w oparciu o technikę cienia

Podsumowanie

Precyzyjny pomiar mikroprzemieszczeń jest istotny w dziedzinie inżynierii lotniczej, ultraprecyzyjnej obróbki skrawaniem i mikromontażu. Niniejszy protokół opisuje pomiar mikroprzemieszczeń w oparciu o technikę cienia.

Streszczenie

Precyzyjny pomiar mikroprzemieszczeń jest ważny w dziedzinach naukowych i przemysłowych. Jest to jednak trudne wyzwanie ze względu na złożoną konstrukcję i wysoki koszt przyrządów pomiarowych. Zainspirowani cieniem utworzonym przez spacerowiczów wodnych spacerujących po powierzchni wody w świetle słonecznym, zaproponowano metodę pomiaru mikroprzemieszczeń. Nogi Water Stridera o właściwościach superhydrofobowych uginają powierzchnię wody. Zakrzywiona powierzchnia wody załamuje światło słoneczne, tworząc cień z jasną krawędzią na dnie stawu. Rozmiar cienia jest na ogół większy niż głębokość wcięcia nóg od powierzchni wody. W systemie pomiaru mikroprzemieszczeń zastosowane przemieszczenie jest proporcjonalne do zmiany średnicy cienia. W prezentowanym badaniu zaproponowano procedurę pomiaru mikroprzemieszczeń w oparciu o tę technikę zacienienia. Czułość przemieszczenia może osiągnąć 10,0 nm/piksel w zakresie 5 μm. Ten system jest prosty w budowie, tani i ma wysoką precyzję przy dobrej wydajności liniowej. Metoda zapewnia wygodną dodatkową opcję pomiaru mikroprzemieszczeń.

Wprowadzenie

Precyzyjne pomiary przemieszczeń odgrywają istotną rolę w dziedzinach inżynierii lotniczej i kosmicznej¹, ultra-precision machining², oraz mikro-assembly³. Deformacja strukturalna musi być dokładnie zmierzona w celu monitorowania stanu konstrukcji⁴. Jednak pomiary mikroprzemieszczeń z dużą precyzją pozostają trudnym wyzwaniem ze względu na złożoną konstrukcję i wysoki koszt przyrządów pomiarowych⁵.

Technikę pomiaru mikroprzemieszczeń można podzielić na metody konwencjonalne i niekonwencjonalne. Konwencjonalne metody, takie....

Protokół

1. Przygotowanie elementu PDMS

1. Przygotować polimer polidimetylosiloksanu (PDMS, patrz Tabela materiałów), ważąc bazę i utwardzacz (za pomocą wagi wagowej) w stosunku 30:1 w prostopadłościennym pojemniku z poliwęglanu (PC).
   UWAGA: Rozmiar pojemnika wynosi 60 mm × 45 mm × 15 mm. Wysokość mieszanki wynosi około 10 mm.
2. Mieszaj mieszaninę PDMS w blenderze przez około 20 minut, aż wypełni się bąbelkami.
3. Za pomocą pompy próżniowej usunąć pęcherzyki z mieszaniny przez około 30 minut (patrz Tabela Materiałów).
4. Utwardzać PDMS w piekarniku o temperaturze 65 °C przez 4 godziny.

Wyniki

Zgodnie z protokołem można skalibrować czułość systemu pomiaru mikroprzesunięć oraz zmierzyć mikroprzesunięcie. Metoda cienia w pomiarze mikroprzesunięć przedstawiona jest w następujący sposób. Rycina 3 przedstawia drogę przebiegu światła równoległego przez odkształconą powierzchnię PDMS w wyniku przyłożonego przesunięcia. Refrakcja światła równoległego tworzy cień z jasną krawędzią. Jawne rozwiązanie przesunięć z(x) powierzchni PDMS w oparciu o model Johnsona-Kendalla-Robe.......

Dyskusja

W protokole tym zaproponowano system pomiaru mikroprzemieszczeń oparty na technice cienia. Kalibracja przemieszczenia jest krytycznym krokiem w protokole w celu uzyskania czułości przemieszczenia i zakresu pomiarowego. Czułość przemieszczenia można poprawić, zmniejszając średnice nóg cylindrycznych i równoległej wiązki światła oraz zwiększając odległość roboczą w oparciu o równanie 4. Co więcej, rozmiar piksela i rozdzielczość kamery, a także dokładność przetwarzania obrazu, są również kluczem do poprawy czułości przemie.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Przysłona	Przetwarzana przez precyzyjne szlifowanie		Średnica otworu wynosi 0,7 mm.
Aparat	Canon	EOS80D	Rozmiar piksela i rozdzielczość aparatu wynoszą około 3,72 μ m i 4000 &razy; Odpowiednio 6000.
HALCON	MVTec Software GmbH	18.11	MVTec HALCON to kompleksowe standardowe oprogramowanie dla systemów wizyjnych ze zintegrowanym środowiskiem programistycznym (HDevelop), które jest używane na całym świecie.
Zmotoryzowany stolik liniowy	Zolix	TSA50-C	Rozdzielczość 0,625 μ m
Równoległe źródło światła	Oriental Technology (Shanghai) Co, Ltd.	BTPL-50G	Szczytowa długość fali wynosi 523 nm.
Polidimetylosiloksan (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184	PDMS to przezroczysty polimer usieciowany na bazie krzemu.
Pompa próżniowa	SHANGHAI LICHEN-BX INSTRUMENT TECHONOLOGY CO., Ltd	2XZ-6B	Szybkość pompowania wynosi 6 l / s. Próżnia końcowa wynosi ≤ 1 Pa
Precyzyjny pozycjoner pionowy	PI	P-620. ZCD	Rozdzielczość wynosi 0,2 nm w zakresie 50 μm.
Stół warsztatowy z trzema sztywnymi cylindrycznymi nogami	Obrabiany przez precyzyjne szlifowanie		Średnica nóg wynosi 0,5 mm. Nogi są rozmieszczone na punktach przecięcia okręgu o promieniu 14 mm