基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统及方法，微纳平台的上表面固定AFM探针，所述显微镜的物镜对准AFM探针，通过检测探针的位置来测量微纳平台的运动精度；所述摄像头采集AFM探针的图像，将所采集的图像上传给计算机终端，所述计算机采用基于缩小解空间的PSO优化算法对图像进行处理，得到微纳平台在X方向和Y方向的偏移量；将得到的微纳平台在X方向和Y方向的偏移量，通过串口通信从计算机终端传输给单片机，单片机将偏移量通过数字信号形式传输给微纳平台的控制系统。借助高帧率摄像机在显微镜下面拍摄平台运动画面，实时对图像处理得到平台运动的位移数据，将结果反馈到平台运动控制系统中以做出相应调节。

Micro nano platform motion measurement system and method based on visual image processing

The invention discloses a micro-nano platform motion measurement system and method based on visual image processing. The micro-nano platform is equipped with an AFM probe on the upper surface of the micro-nano platform. The image is uploaded to the computer terminal, the computer processes the image by PSO optimization algorithm based on reducing the solution space, and obtains the offset of the micro-nano platform in X direction and Y direction; the offset of the micro-nano platform in X direction and Y direction is transmitted from the computer terminal to the microcontroller through serial communication, and the microcontroller will offset. The amount of movement is transmitted to the control system of the micro nano platform through digital signal. With the help of a high frame rate camera, the motion pictures of the platform are taken under a microscope. The displacement data of the platform motion are obtained by real-time image processing, and the results are fed back to the platform motion control system to make corresponding adjustments.

【技术实现步骤摘要】
基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统及方法
本专利技术涉及到基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统及方法。
技术介绍
目前，韩国、日本、美国和德国在微纳伺服平台的研究上有着很高的水平。1997年，美国IntegratedSolutionInc.研制了用于极紫外光刻机的精密定位平台。其中，粗平台为行程为200nm的气浮平台；微动台为电磁铁驱动的六自由度磁悬浮平台，其具有20nm的定位精度。韩国Ajou大学机器人技术制造中心研制的基于音圈电机的新型激光直写运动平台，该平台可实现X、Y的直线移动和Z方向的角度运动。2006年，日本沙迪克公司研发出用于纳米交工的五轴超精密加工机床，实现了纳米级切割。其中，导轨采用的是空气静压导轨，电机驱动为直线驱动，位置反馈采用光栅尺。近年来，国内的一些科研机构和高等院校也对超精密伺服和运动控制技术进行了大量研究，取得了很多重要的突破。清华大学和上海微电子装置有限公司合作研制的国内第一套直线电机式气浮运动平台，并且以该平台为基础进行了大量的精密测量和运动控制。该平台采用宏、微双级的直线运动系统，并运用双频激光干涉仪对平台运动进行测量，已达到2nm的检测精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，包括：摄像头，所述摄像头安装在显微镜的目镜上；所述显微镜的物镜位于微纳平台的正上方；所述微纳平台的上表面固定AFM探针，所述显微镜的物镜对准AFM探针，通过检测探针的位置来测量微纳平台的运动精度；所述摄像头采集AFM探针的图像，将所采集的图像上传给计算机终端，所述计算机采用基于缩小解空间的PSO优化算法对图像进行处理，得到微纳平台在X方向和Y方向的偏移量；将得到的微纳平台在X方向和Y方向的偏移量，通过串口通信从计算机终端传输给单片机，单片机将偏移量通过数字信号形式传输给微纳平台的控制系统。

【技术特征摘要】
1.基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，包括：摄像头，所述摄像头安装在显微镜的目镜上；所述显微镜的物镜位于微纳平台的正上方；所述微纳平台的上表面固定AFM探针，所述显微镜的物镜对准AFM探针，通过检测探针的位置来测量微纳平台的运动精度；所述摄像头采集AFM探针的图像，将所采集的图像上传给计算机终端，所述计算机采用基于缩小解空间的PSO优化算法对图像进行处理，得到微纳平台在X方向和Y方向的偏移量；将得到的微纳平台在X方向和Y方向的偏移量，通过串口通信从计算机终端传输给单片机，单片机将偏移量通过数字信号形式传输给微纳平台的控制系统。2.如权利要求1所述的基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，所述摄像头、计算机终端、单片机、微纳平台的控制系统、微纳平台到摄像头形成一个闭环运行测量系统。3.如权利要求1所述的基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，微纳平台的控制系统为SimulinkxPC系统；所述单片机采用的是型号为ARDUINOUNOREV3，所述单片机有14个数字IO端口和6个模拟IO端口，其中，模拟IO端口允许作为数字IO端口使用，所以ARDUINOUNOREV3型号的单片机满足串口通信对于数字IO端口的需求。4.如权利要求1所述的基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，所述单片机将偏移量通过数字信号形式传输给微纳平台的控制系统：先将单片机中的14个数字IO端口与微纳平台的控制系统的14个数字IO端口相连接，构成物理线路的连接；然后，单片机每一个数字IO端口有“0”和“1”两种状态，对14个数字IO端口进行编码：其中标志位占两个数字IO端口，数据位占12个数字IO端口，12个数据表示0～2^12的范围，即0～4096整数范围，由于平台运动范围为-300～300像素，因此数据位表示的数据范围能够覆盖平台运动范围；标志位是用来区分X偏移和Y偏移的，当标志位为“00”时，则数据位表示X偏移；当标志位为“11”时，数据位表示Y偏移。5.如权利要求1所述的基于视觉图像处理的微纳平台运动测量系统，其特征是，所述微纳平台的上表面与AFM探针之间设有镀金薄膜，所述镀金薄膜作为AFM探针的背景；所述显微镜和微纳平台均封闭在玻璃罩内。6.如权利要求1所述系统的测量方法，其特征是，包括：图像采集：利用安装在显微镜上的摄像头，采集微纳平台上表面的探针的图像；图像处理：将所采集的图像上传给计算机终端，所述计算机终端采用基于缩小解空间的PSO优化算法对图像进行处理，通过检测探针的位置，得到微纳平台在X方向和Y方向的偏移量；结果输出：将得到的微纳平台在X方向和Y方向的偏移量传输给单片机，单片机将偏移量通过数字信号形式传输给微纳平台的控制系统，然后系统根据反馈量对平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国梁，苏高照，陈光远，闫鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37