CN110618538A - 一种微纳尺度的散斑制作方法 - Google Patents

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陈志文
刘胜
马坤
杨凡
王晨阳
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    • G—PHYSICS
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Abstract

本发明设计了一种微纳尺度的散斑制作方法，利用计算机软件生成多幅颗粒大小和数目各不相同的模拟散斑图，从中选择一幅最佳模拟散斑图，将该散斑图转化成二值图，将散斑二值图打印到塑料聚合物片上，作为掩模版。接下来通过刻蚀得到具有散斑的母板，将印章材料PDMS的化学预聚体在母板中固化，聚合成型后从母板中脱落，得到PDMS印章，把PDMS印章与含有墨的垫片接触，把侵过墨的PDMS印章压在镀金的待测物体表面，得到带有散斑的待测物体。具有制作简单、快捷，操作方便、成本低廉、批量高效的优点。

Description

一种微纳尺度的散斑制作方法
技术领域
本发明属于光测力学散斑制作技术领域，尤其涉及一种微纳尺度的散斑制作方法。
背景技术
数字图像相关(Digital Image Correlation,i.e.DIC)测量技术是应用计算机视觉技术的一种图像测量方法,是一种非接触的、用于全场形状、变形、运动测量的方法。它是现代先进光电技术、图像处理与识别技术与计算机技术相结合的产物,是现代光侧力学领域的又一新进展。它将物体表面随机分布的斑点或伪随机分布的人工散斑场作为变形信息载体,是一种对材料或者结构表面在外载荷或其他因素作用下进行全场位移和应变分析的新的实验力学方法。因此，散斑成为数字图像相关法中至关重要的部分。制作散斑的质量以及速度对整个试验测试影响很大。
目前，常用的散斑制作方法为人工制斑方法，如使用滚轮制作散斑，这种方法制作散斑颗粒较大，制作的散斑形状和尺寸往往不能达到实际需要的最佳尺寸，而且当试件表面有很多纹理、磕碰、压痕和凸起时，使用滚轮制作往往会遇到麻烦。此外，还有化学气相沉积方法以及紫外线光刻方法来制作微纳尺度散斑，这两种方法用来制作散斑方法过于复杂，而且散斑颗粒难以控制，并且制作区域小，成本高。
传统制作散斑所使用是利用紫外线曝光光刻技术来制造散斑，但是紫外曝光光刻技术面临昂贵的光刻设备和复杂的技术难题，如避免光学衍射和透镜材料选择等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种微纳尺度的散斑制作方法，具有制作简单、快捷，操作方便、成本低廉、批量高效的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种微纳尺度的散斑制作方法，步骤一，利用计算机软件生成多幅颗粒大小和数目各不相同的模拟散斑图，从中选择一幅模拟散斑图，将该散斑图转化成二值图；步骤二，将散斑二值图打印到塑料聚合物片(例如聚氯乙烯片)上，作为掩模版；步骤三，接下来通过刻蚀得到具有散斑的母板；步骤四，将印章材料PDMS的化学预聚体在母板中固化，聚合成型后从母板中脱落，得到PDMS印章；步骤五，把PDMS印章与含有墨的垫片接触；步骤六，把侵过墨的PDMS印章压在镀金的待测物体表面，得到带有散斑的待测物体。
按上述技术方案，所述步骤一中，根据图像子区灰度梯度平方和选择模拟图。
按上述技术方案，所述步骤二中，利用激光打印机将散斑二值图打印到塑料聚合物片上。
按上述技术方案，所述步骤三中，母板的材料采用金属。
按上述技术方案，母板的材料采用钢。
按上述技术方案，所述步骤三中，所述刻蚀为光刻刻蚀，具体通过电子束光刻完成。
按上述技术方案，所述步骤四中，通过微接触压印方法得到PDMS印章。
按上述技术方案，所述步骤五中，墨采用含有硫醇的试剂。
按上述技术方案，所述步骤六中，具体为，硫醇与金发生发生反应，形成自组装的单分子层，得到带有散斑的待测物体。
按上述技术方案，所述步骤一中，所选择的模拟散斑图中散斑点占3-5个像素。
本发明产生的有益效果是：制作的散斑大小和密度精度比较高，制作散斑的工艺相对简单灵活，制作成本低，是适用性很强的基于纳米压印的散斑制作方法，为数字图像相关法用于微纳米变形测量提供基础。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例微纳尺度散斑制作方法的流程图；
图2为本发明实施例微纳尺度散斑制作方法的操作工艺流程示意图。
图3为本发明最佳模拟图二值化后处理后的散斑图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1、图2所示，利用计算机软件(如Matlab)生3成多幅颗粒大小和数目各不相同的模拟散斑图，接下来根据图像平均灰度梯度平方和选择最佳的模拟图(理想的散斑点占3-5个像素左右)，将该散斑图转化为二值图。接下来根据实际测试区的大小选择相对应的散斑模板；利用激光打印机将二值图打印到塑料聚合物片上，将含有散斑图的塑料聚合物片作为掩模板；将掩模板紧贴放到母板上，利用电子光束光刻刻蚀得到带有散斑图的母板；把印章材料PDMS的化学预聚体在试件中固化，聚合成型后从试件中脱离，便得到了进行纳米压印所需要的PDMS印章；把PDMS印章与含有墨的垫片接触。墨通常采用含有硫醇的试剂；把侵过墨的PDMS印章压在镀金的待测物体表面上，硫醇与金发生发生反应，形成自组装的单分子层，这就得到了带有散斑的待测物体。图3为本发明最佳模拟图二值化后处理后的散斑图。
具体实施例：
利用计算机软件生成的散斑大小和数目各不相同的多幅模拟散斑图，本实施例中采用高斯算法，其各个散斑灰度可以以下函数表示：
其中，s为散斑颗粒的数目；R为散斑颗粒大小；二维随机变量(xk，yk)是第k个散斑颗粒的中心位置；IK为第k个散斑颗粒中心的灰度值。
根据图像平均灰度梯度平方和选择出最佳模拟图，将该散斑图转化成二值图，其中图像平均灰度梯度平方和可以用以下函数表示：
M和N分别为图像的高度和宽度，单位为像素，是每个像素点灰度梯度矢量的模。将利用激光打印机将二值化散斑图打印到聚氯乙烯片上，将含有散斑图的聚氯乙烯片作为掩模板。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一，利用计算机软件生成多幅颗粒大小和数目各不相同的模拟散斑图，从中选择一幅模拟散斑图，将该散斑图转化成二值图；
步骤二，将散斑二值图打印到塑料聚合物片上，作为掩模版；
步骤三，接下来通过刻蚀得到具有散斑的母板；
步骤四，将印章材料PDMS的化学预聚体在母板中固化，聚合成型后从母板中脱落，得到PDMS印章；
步骤五，把PDMS印章与含有墨的垫片接触；
步骤六，把侵过墨的PDMS印章压在镀金的待测物体表面，得到带有散斑的待测物体。
2.根据权利要求1所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤一中，根据图像子区灰度梯度平方和选择模拟图。
3.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤二中，利用激光打印机将散斑二值图打印到塑料聚合物片上。
4.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤三中，母板的材料采用金属。
5.根据权利要求4所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，母板的材料采用钢。
6.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤三中，所述刻蚀为光刻刻蚀，具体通过电子束光刻完成。
7.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤四中，通过微接触压印方法得到PDMS印章。
8.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤五中，墨采用含有硫醇的试剂。
9.根据权利要求8所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤六中，具体为，硫醇与金发生发生反应，形成自组装的单分子层，得到带有散斑的待测物体。
10.根据权利要求1或2所述的微纳尺度的散斑制作方法，其特征在于，所述步骤一中，所选择的模拟散斑图中散斑点占3-5个像素。
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