Browsing by Author "Іванчук, О. М."

Now showing 1 - 3 of 3

Автоматизована побудова цифрової моделі мікроповерхні об'єкта за РЕМ-стереопарою методом кореляційного ототожнення ідентичних ділянок
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-03-12) Іванчук, О. М.; Тумська, О. В.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Мета роботи – розробити і дослідити метод автоматизованої побудови цифрової моделі мікроповерхні об’єкта з використанням стереопари цифрових РEM-зображень з урахуванням специфіки РEM-знімання і оцінки точності цифрового моделювання. Розроблений метод полягає, по-перше, у генеруванні щільного набору вхідних точок на лівому РEM-зображенні стереопари в областях з локальними особливостями і використанні ітераційного процесу по рівнях піраміди зображень. По-друге, пошук відповідних точок на правому РEM-зображенні стереопари виконується на основі послідовного зміщення точок (центрів вікон пошуку) на параметр зсуву з можливого діапазону паралаксів із використанням методу кореляційного ототожнення. Для дослідження використано дві стереопари цифрових РEM-зображень. Цифрові зображення деформованої поверхні хромованої сталі отримано за допомогою JSM 7100F (JEOL) зі збільшенням 750х. Зображення лесового ґрунту отримано за допомогою РЕМ “Hitachi” S-800 зі збільшенням 1000х. Під час розрахунку просторових координат точок мікрорельєфу поверхні враховано значення геометричних спотворень, властивих РЕМ-знімку. Щоб усунути деякі аномальні значення висот тривимірної моделі, застосовано процедуру адаптивної медіанної фільтрації. Для оцінювання точності моделювання мікроповерхонь були створені тестові моделі шляхом ручного вимірювання координат характерних точок цифрових стереопар обох зразків. Заропоновано спосіб зсуву параметрів, який зменшує пошук і ймовірність помилкової ідентифікації і, крім того, прискорює процедуру ототожнення в парі зображень. Отримано формули для розрахунку координат центру вікна пошуку та відповідної точки на правому зображенні на k-му кроці процесу зсуву. Для оцінювання точності обчислені різниці між висотами тестової моделі і висотами, інтерпольованими в тих самих точках з використанням створених моделей. Для мікроповерхні зразка хромованої сталі близько 79 % точок, а для мікроповерхні зразка лесового ґрунту близько 70 % точок містяться в межах допуску ΔZ ≤ ± 2 мкм. Вперше в Україні розроблено метод автоматизованого пошуку відповідних точок стереопари на основі зсуву параметрів з урахуванням особливостей РЕМ-знімання. На основі вищевказаного методу розроблено технологію автоматизованого створення цифрової моделі мікроповерхні об’єкта за стереопарою РEM-зображень і створено авторське програмне забезпечення, яке показує її ефективність і доцільність. Можливість відтворювати мікрорельєф поверхні об’єкта автоматизовано з використанням стереопари цифрових РEM-зображень відповідно до вимог точності визначення просторових координат точок та структури мікроповерхні об’єкта.
Дослідження геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F (JEOL, Японія) та точність їхньої апроксимації
(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Іванчук, О. М.
Цифровим РЕМ-зображенням внаслідок різноманітних фізичних факторів роботи растрових електронних мікроскопів притаманні значні геометричні спотворення. Метою цього дослідження є їх встановлення та ефективне врахування для підвищення точності отримання просторових кількісних параметрів мікроповерхонь об’єктів, які досліджуються за допомогою РЕМ. Завдання це є вкрай важливим, особливо тепер, зокрема, за потреби контролю технологічних процесів виробництва на мікронному та субмікронному рівнях у машинобудуванні, мікроелектроніці та багатьох інших. Це, своєю чергою, дає змогу отримувати необхідні технологічні властивості різноманітних об’єктів, а отже, підвищувати їхню надійність та ефективність. Методика. Для встановлення і дослідження цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM 7100F використано спеціальний тест-об’єкт (голографічна тест-решітка) з роздільною здатністю г = 1425 лін/мм. Цифрові РЕМ-зображення отримано на діапазоні збільшень від 2000х до 40000х. Опрацювання (вимірювання) цифрових РЕМ-знімків виконувалось за допомогою спеціальних підпрограм “Test-Measuring” і “Polycalc” програмного комплексу “Dimicros”. Результати. Отримані лінійні (масштабні) і нелінійні (дисторсійні) складові геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, зокрема, дійсні значення збільшень РЕМ-зображень тест-об’єктів показали, що їхні відхилення від встановлених значень за шкалою РЕМ становлять: уздовж осі х знімка - від приблизно -1 % (при Мх від 2000х до 5000х) до +2,5-4 % (при Мх від 7500х до 40000х), а вздовж осі у знімка - від 0-+1 % (при Мх від 2000х до 5000х) до +3-4 % (при Мх від 7500х до 40000х). Точність вимірів Мх становить приблизно ± 0,5 %. Так, лінійні (масштабні) спотворення РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ JSM-7100F, порівняно незначні. Однак для високоточних досліджень кількісних параметрів мікроповерхонь твердих тіл їх необхідно враховувати. Нелінійні (дисторсійні) спотворення досягають на краях РЕМ-знімків за великих збільшень до ±2,5 мм (до 25 пікселів) з розміром зображення 120x90 мм. Поліноміальна апроксимація (врахування) спотворень дає змогу зменшувати їх від 3-х до 10 разів. Наукова новизна. Метричні дослідження цифрових зображень, отриманих на сучасному РЕМ JSM 7100F виконувалось вперше. Запропонована методика досліджень і використане авторське програмне забезпечення показали їхню ефективність і доцільність. Практична значущість. Застосування методики визначення та врахування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень мікроповерхонь твердих тіл дає змогу суттєво підвищувати точність отримання їх просторових кількісних параметрів, що, своєю чергою, покращує надійність і ефективність виготовленої з них продукції. Цифровым РЭМ-изображениям, в результате различных физических факторов работы растровых электронных микроскопов, присущи значительные геометрические искажения. Целью данного исследования является их определение и эффективный учет для повышения точности получения пространственных количественных параметров микроповерхностей объектов, которые исследуются с помощью РЭМ. Задача эта крайне важна, особенно в настоящее время, в частности, при необходимости контроля технологических процессов производства на микронном и субмикронном уровнях в машиностроении, микроэлектронике и многих других. Это в свою очередь позволяет получать необходимые технологические свойства различных объектов, а следовательно повышать их надежность и эффективность. Методика. Для установления и исследования цифровых РЭМ-изображений, полученных на РЭМ JSM 7100F был использован специальный тест-объект (голографическая тест-решетка) с разрешением г = 1425 лин/мм. Цифровые РЭМ-изображения были получены в диапазоне увеличений от 2000х до 40000х. Обработка (измерения) цифровых РЭМ-снимков выполнялась с помощью специальных подпрограмм “Test-Measuring” и “Polycalc” программного комплекса “Dimicros”. Результаты. Полученные линейные (масштабные) и нелинейные (дисторсионные) составляющие геометрических искажений цифровых РЭМ-изображений, в частности, действительные значения увеличений РЭМ-изображений тест-объектов показали, что их отклонение от установленных значений по шкале РЭМ составляют: вдоль оси х снимка - от примерно -1 % (при Мх от 2000х до 5000х) до +2,5-4 % (при Мх от 7500х до 40000х), а вдоль оси у снимка - от 0-+1 % (при Мх от 2000х до 5000х) до +3-4 % (при Мх от 7500х до 40000х). Точность измерений Мх составляет примерно ± 0,5 %. Таким образом, линейные (масштабные) искажение РЭМ-изображений, полученных на РЭМ JSM-7100F, относительно незначительны. Однако для высокоточных исследований количественных параметров микроповерхностей твердых тел их необходимо учитывать. Нелинейные (дисторсионные) искажения достигают на краях РЭМ-снимков при больших увеличениях до ± 2,5 мм (до 25 пикселов) при размере изображения 120x90 мм. Полиномиальная аппроксимация (учет) искажений позволяет их уменьшать от 3-х до 10 раз. Научная новизна. Метрические исследования цифровых изображений, полученных на современном РЭМ JSM-7100F выполнялись впервые. Предложенная методика исследований и использованное авторское программное обеспечение показали их эффективность и целесообразность. Практическая значимость. Применение методики определения и учета геометрических искажений цифровых РЭМ изображений микроповерхностей твердых тел позволяет существенно повышать точность получения их пространственных количественных параметров, что в свою очередь улучшает надежность и эффективность изготовленной из них продукции. Digital-SEM image, due to various physical factors of scanning electron microscope inherent significant geometric distortion. The aim of this study is to establish and Effective consideration to improve the accuracy to obtain quantitative spatial parameters mikrosurface objects are investigated using SEM. This problem is extremely important, especially nowadays when needed control of technological processes for the production of micron and submicron levels, particularly in engineering, microelectronics and many others. This in turn enables the necessary technological properties of various objects, and thus improve their reliability and efficiency. Methodology. To install and study of digital SEM images obtained on SEM JSM-7100F was used special test facility (test holographic grating) with a resolution r = 1425 lin/mm. Digital SEM images were received increases ranging from 2000h to 40000h. Working (measurement) Digital-SEM images was carried out using special routines “Test- Measuring” and “Polycalc” software complex “Dimicros”. Results. The obtained linear (large-scale) and nonlinear components of geometric distortion digital SEM images, in particular, the real value increases SEM images of test objects showed their rejection of established values on a scale SEM are: along the x-axis image - from approximately -1 % (in Mx from 2000h to 5000h) and +2,5-4 % (in Mx from 7500h to 40000h) and along the axis of the picture - from 0—+1 % (in Mx from 2000h to 5000h) and +3-4 % (in Mx from 7500h to 40000h). Mx accuracy is approximately ± 0,5 %. Thus linear (large-scale) distortion of SEM images obtained on SEM JSM-7100F is relatively insignificant. However, precision studies of quantitative parameters mikrosurface solids they should be taken into account. Nonlinear distortion at the edges of reach SEM images at high magnification to ± 2,5 mm (25 pixels) in image size 120x90 mm. Polynomial approximation (consideration) allows them to reduce distortion from 3 to 10 times. Scientific novelty. Metric study of digital images obtained at the present SEM JSM-7100F enforced for the first time. The method of research used by the author and software have shown their effectiveness and feasibility. The practical significance. Application methods for determining and taking into account the geometric distortion digital SEM images mikrosurface solids can significantly improve the accuracy of their spatial obtain quantitative parameters, which in turn improves the reliability and effectiveness of the products made from them.
Дослідження похибок збільшення (масштабу) цифрових РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106і (Суми, Україна) за допомогою спеціальних тест-об’єктів
(Видавництво Львівської Політехніки, 2014) Іванчук, О. М.; Чекайло, М. В.
Мета. Відомо, що цифровим зображенням мікроповерхонь твердих тіл, отриманим на растрових електронних мікроскопах (РЕМ) різних типів, притаманні значні геометричні спотворення, які можна розділити на дві групи: лінійні (масштабні) і нелінійні (дисторсійні). Їх встановлення і врахування є вкрай важливим завданням, особливо під час створення різноманітних мікропристроїв із застосуванням сучасних нанотехнологій. Це запорука їх надійності, точності та ефективності. Методика. Для встановлення і дослідження дійсних значень основного метричного параметра РЕМ-106І – величин його збільшень (масштабу) були використані спеціальні тест-об’єкти (голографічні тест-решітки з роздільними здатностями r=1425 лін/мм і r=3530 лін/мм), цифрові РЕМ-зображення яких були отримані на РЕМ-106І в діапазоні збільшень від 1000х до 30000х. Опрацювання (вимірювання) цифрових РЕМ-знімків виконувалось за допомогою спеціальної підпрограми “Test-Measuring” програмного комплексу “Dimicros”. Результати. Отримані дійсні значення збільшень РЕМ-зображень тест-об’єктів показали, що їхні відхилення від встановлених значень за шкалою РЕМ становлять: вздовж осі х знімка – від приблизно + 2 % (при Мх від 1000х до 5000х) до – 1 % (за Мх від 8000х до 30000х), а вздовж осі у знімка – від + 1 % (за Мх від 1000х до 5000х) до – 4 % (за Мх від 8000х до 30000х). Точність вимірів Мх становить приблизно ± 0,5 %. Отже, спотворення масштабів РЕМ-зображень, отриманих на РЕМ-106І вітчизняного виробництва, порівняно незначне. Однак під час високоточних досліджень кількісних параметрів мікроповерхонь твердих тіл його необхідно враховувати. Наукова новизна. Таке дослідження РЕМ-106І виконувалось в Україні вперше. Запропонована технологічна схема досліджень і використане авторське програмне забезпечення показали його ефективність і доцільність. Практична значущість. Застосування цієї технології і встановлення дійсних значень збільшень (масштабу) цифрових РЕМ-зображень мікроповерхонь твердих тіл дає змогу з високою точністю встановлювати їх просторові кількісні параметри, а отже, підвищувати надійність і ефективність виготовлених з них пристроїв, механізмів, матеріалів тощо. Цель. Известно, что цифровым изображениям микроповерхностей твердых тел, полученным на растровых электронных микроскопах (РЭМ) различных типов, присущи значительные геометрические искажения, которые можна разделить на две группы: линейные (масштабные) и нелинейные (дисторсионные). Их установление и учет является крайне важной задачей, особенно при создании разнообразных микроустройств с применением современных нанотехнологий. Это залог их надежности, точности и эффективности. Методика. Для установления и исследования действительных значений основного метрического параметра РЭМ-106И – величин его увеличений (масштаба) были использованы специальные тест-объекты (голографические тест-решетки с разрешениями r = 1425 и r = 3530 лин/мм ), цифровые РЭМ-изображения которых были получены на РЭМ-106И в диапазоне увеличений от 1000х до 30000х. Обработка (измерение) цифровых РЭМ-снимков выполнялась с помощью специальной подпрог- раммы “Test-Measuring” программного комплекса “Dimicros”. Результаты. Полученные действительные значения увеличений РЭМ-изображений тест-объектов показали, что их отклонения от установленных значений по шкале РЭМ составляют: вдоль оси х снимка – от примерно + 2 % (при Мх от 1000х до 5000х) до – 1 % (при Мх от 8000х до 30000х), а вдоль оси у снимка – от + 1 % (при Мх от 1000х до 5000х) до – 4 % (при Мх от 8000х до 30000х). Точность измерений Мх составляет примерно ± 0,5 %. Таким образом искажения масштабов РЭМ-изображений, полученных на РЭМ-106И отечественного производства, относительно незначительны. Однако при высокоточных исследованиях количественных параметров микроповерхностей твердых тел его необходимо учитывать. Научная новизна. Такого рода исследования РЭМ-106И выполнялись в Украине впервые. Предложенная технологическая схема исследований и использованное авторское программное обеспечение показали его эффективность и целесообразность. Практическая значимость. Применение данной технологии установления действительных значений увеличений (масштаба) цифровых РЭМ-изображений микроповерхностей твердых тел позволяет с высокой точностью устанавливать их пространственные количественные параметры, и следовательно, повышать надежность и эффективность изготовленных из них устройств, механизмов, материалов и т.д. Purpose. It is known that digital images microsurface solids obtained by scanning electron microscopy (SEM) of various types, as characterized by considerable scale and geometric distortion. Therefore, their establishment and accounting is an extremely important task, especially when creating a variety of microdevices with modern nanotechnology. This is a guarantee of reliability, accuracy and efficiency. Methodology. To establish and research actual values of the main parameters of the metric SEM-106I – value of its magnification (scale) special test objects (holographic grating test with permissions r = 1425 lines/mm and r = 3530 lines/mm)were used. Their digital SEM images were obtained on SEM-106I in 1000h magnification range of up to 30000h. Processing (measurement) of the digital SEM images was performed using a special module “Test-Measuring” of software complex “Dimicros”. Results. Obtained actual values of magnification of SEM images of test objects showed that their deviations from the value established on the SEM are: along the x-axis of image – from about + 2% (for Mx from 1000h to 5000h) to – 1 % (for Mx from 8000h to 30000h), and along the y-axis of image – from + 1% (for Mx from 1000h to 5000h ) to – 4 % (for Mx from 8000h to 30000h). Measurement accuracy is approximately Mх ± 0,5%. Thus the distortion of scales of SEM images obtained on SEM-106I of domestic production are relatively minor. However, when highprecision studies of quantitative parameters of solid microsurface it has to be considered. Scientific novelty. This kind of research of SEM-106I was performed for the first time in Ukraine. The proposed technological scheme of research and using copyrighted software demonstrated its effectiveness and feasibility. The practical significance. Applying this technology to establish the actual values of magnification (scale) of digital SEM images of solid microsurface allows establish with high precision quantitative their spatial parameters, and hence improve the reliability and efficiency of devices, mechanisms, materials, etc made therefrom.