微3D精密量測.ppt

微3D精密量測 （一）傳統機械 （二）精密機械（微米）(since 1970) （三）奈米機械 (Since 1990) 微奈米量測技術分級 Michaelson 干涉原理 球面誤差光學干涉法 Tokyo Univ. — Nano-CMM Tokyo Univ. — Nano-CMM National Physical Laboratory (NPL) — Small CMM (SCMM) (NPL) — Small CMM (SCMM) Eindhoven Univ. — High-Precision 3D-CMM Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) — Special CMM Autofocusing Probe Astigmatic Method Auto-focus Theory Confocal Microscope Principle 將four beams的其中一beam分出，用一四象位同步檢測角度 將four beams的其中一beam分出，用一四象位同步檢測角度 * 台灣大學 機械工程研究所 精密量測實驗室 * 國立台灣大學 機械工程研究所 精密量測實驗室 台大機械系范光照教授 合肥工大特聘教授 系統組成：零組件（機電）、組裝、控制 技術要求：設計、分析、製造、控制 領域：鋼鐵、車輛、工具機、紡織、模具、石 化、輸送、電機、木工、冷凍空調… 產品要求：功能符合、可靠度 規格：巨觀尺寸(Macro,數mm以上） 精度要求在10 μm 以上（條） 增加需求：精密度觀念（準確度、解析度、重 複性） 增加技術：光電感測、精密定位與控制、誤差補償 領域：CNC及精密工具機、機械手臂、精密模具、精密量儀、PCB及IC製程設備…. 規格：巨/介觀尺寸(Macro/Meso, 0.1mm以上）, 精度要求在10- 0.1μm 增加需求：奈米觀念（準確度、解析度、重複性） 增加技術：奈米感測探頭、奈米定位與控制、環境嚴格控制 領域：IC製程設備、微器件、奈米加工、奈米量儀 規格：巨-微-奈(Macro/Micro/Nano, 10nm以上）, 精度要求在100-1 nm 深奈米量測 (10nm to 0.1nm) 掃描探針顯微術(STM, SPM, SNOM)； 輪廓干涉儀 微奈米量測 (100nm to 10nm) 奈米級三次元量測儀；輪廓干涉儀；自動聚焦探頭；共焦顯微鏡；立體顯微鏡；陰影疊紋法 各種顯微術比較 ? 量測鑽石鍍膜刀具 working volume : 50*50*50 mm, uncertainty: 50nm Sphere diameter : 1mm ，Total suspended mass ≒ 370 g Probing foce : 0.1mN at 10 um deflection Working range : ±20 um ， resolution : 3 nm Silicon-Based Nanoprobe System (MEMS-type probe) E : elastic elements B : frame bars (stiff) S :Piezo strain gages D : Laser diode P : Grating Q : Quadrant Photodiode M : Mirror L : Lens 世界各國奈米三次元量測儀發展現況 working volume : 25*40*25 m uncertainty: 0.1 um http://www.ptb.de DVD位置測量系统 X軸反鐀系统 奈米級三坐標量測儀結構示意圖 Y軸運動平台 蠕動電機 壓電致 動器 壓電致 動器 待測件 放置平台 DVD 位置 測量系统反射鏡 壓電微動平台 光學探頭内部結構 GO 測量範圍: 20mm(X), 20mm(Y), 10mm(Z) 測量不確定度: 10 nm (X), 10 nm (Y), 30nm (Z) 分 辨 率: 1nm (X), 1nm (Y), 3nm (Z) 重 量: 30kg Y軸反鐀系统 花崗岩基座 橋 架 聚焦鏡頭 CCD相機 光學探頭 被測元件 壓電微動平台 X軸運動平台 X軸位置回饋系统 蠕動線性馬達 光學自動聚焦探頭 Schematic of the Astigmatic method 雷射光束在反射後會被相同的物鏡所收集且再通過一道分光鏡後被聚焦到光感測元件上(PMT),一個共焦透鏡（針孔）會被放置