基于结构光条纹中心提取的柔性膜离面振动分布测量研究

发布时间：2020-05-20 03:27

【摘要】：随着柔性电子技术的不断发展,作为其批量制备首选的卷绕(R2R)工艺,近年来受到了广泛关注。为提高柔性电子的制备效率,需要在控制柔性膜张力的同时,尽可能地提高柔性膜的输送速度。然而,辊轴非圆度性、膜-辊间滑动、辊轴不平行以及张力非均匀分布等因素的存在,导致柔性电子制备效率和质量受到了较大的限制。柔性膜张力波动、非均匀分布等又会引起膜的振动、褶皱,甚至断裂;而离面振动及其分布变化又会影响柔性电子制备时的定位、变形以及图案化工艺的稳定。本文立足于柔性膜离面振动分布测量的迫切需求,基于结构光中心线提取算法探索薄膜振动规律,进而设计了一套实现柔性膜离面振动分布测量的测量方案与装置,其主要工作包括:(1)提出了一套柔性薄膜离面振动分布测量系统。基于单目视觉结构光系统,建立了离面振动分布测量系统数学模型并进行了模型优化,从而获取了运动薄膜上任意一点的振动幅值与该点在图像中对应点坐标之间的关系。并根据实际工况进行硬件选型。(2)设计了一套精确提取柔性膜上条纹光中心线坐标的算法框架。以主成分分析法为基础,将对图像灰度空间的处理转换至图像梯度空间的处理,求解图像梯度向量协方差矩阵从而获取条纹截面法线方向,最终获取条纹中心线精确坐标。同时进行验证实验,验证了本算法的准确性与实时性。(3)提出了一种双目视觉薄膜离面振动分布测量模型。基于单目视觉薄膜振动分布测量系统的若干不足,利用立体标定以及Bouguet立体校正简化了传统双目视觉的复杂模型,利用视差法的原理搭建了任意摆放的薄膜离面振动分布测量模型。最后,进行了双目相机的标定实验以及校正实验。(4)进行了柔性薄膜离面振动分布测量验证实验。利用本文所构建的系统模型以及条纹中心线提取算法,对不同状态下运动薄膜的振动幅值与频率进行检测,并与理论弦模型下自由振动频率进行对比,实验验证了所设计的振动测量系统具有较好的振动分布测量效果。综上所述,本文所提出的面向卷绕工艺的结构光薄膜离面振动分布测量系统,能够对处于不同状态下的运动薄膜进行轴向上的离面振动分布测量,精度较高且实时性好,同时有望扩展至其他类似应用工艺与领域。
【图文】：

柔性,电子产品,领域

华中科技大学硕士学位论文(d)柔性电池阵列 (e)电子皮肤 (f)仿生电子眼图1.1 柔性电子产品及应用领域柔性卷绕输送系统[7]以其输送效率高、占地小等良好性能，受到柔性电子等诸多领域的高度关注。如图1.2所示为典型的柔性卷绕输送系统[8]。卷绕输送系统的主要目标是在柔性薄膜输送过程中，控制柔性薄膜基板张力的同时，，尽可能地提高基板的输送速度，从而提高柔性电子的制备效率。然而，由于辊子的非圆度性、薄膜的滑动、辊子间的不平行以及电机转矩变化等干扰因素的存在，基板输送速度将会受到了较大的限制。且由于薄膜基板的柔性特性而引入耦合，这些干扰因素将被传递到柔性薄膜张力从而引起了柔性薄膜的振动、褶皱，更严重甚至产生薄膜的断裂[9]。而在多种薄膜振动中，柔性薄膜在离面方向上的振动是制约薄膜输送速度的主要因素之一，也是本课题主要的测量研究对象。由于柔性薄膜的弯曲刚度较小

输送系统,柔性,卷绕

[7]以其输送效率高、占地小等良好性能，受到柔性电子等诸多领域的高度关注。如图1.2所示为典型的柔性卷绕输送系统[8]。卷绕输送系统的主要目标是在柔性薄膜输送过程中，控制柔性薄膜基板张力的同时，尽可能地提高基板的输送速度，从而提高柔性电子的制备效率。然而，由于辊子的非圆度性、薄膜的滑动、辊子间的不平行以及电机转矩变化等干扰因素的存在，基板输送速度将会受到了较大的限制。且由于薄膜基板的柔性特性而引入耦合，这些干扰因素将被传递到柔性薄膜张力从而引起了柔性薄膜的振动、褶皱，更严重甚至产生薄膜的断裂[9]。而在多种薄膜振动中，柔性薄膜在离面方向上的振动是制约薄膜输送速度的主要因素之一，也是本课题主要的测量研究对象。由于柔性薄膜的弯曲刚度较小，一旦张力分布不均匀超出一定限度
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP391.41;TB383.2

【参考文献】