觸針式光電三維微位移測量系統(tǒng)設(shè)計.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、微納米測量技術(shù)已成為當今國內(nèi)外測量技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點和前沿,也是我國重點支持和發(fā)展的高新技術(shù)之一。隨著微納米技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了各種微納米級別的測量儀器,如納米坐標測量機、光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等等,但這些儀器一般都非常昂貴,多應(yīng)用于研究領(lǐng)域中,不適合應(yīng)用到本科實驗教學(xué)中。本文設(shè)計了一種低成本觸針式微位移測量系統(tǒng),可應(yīng)用于本科生微納檢測實驗教學(xué)中,在保證一定測量精度的基礎(chǔ)上,充分演示了微小

2、尺寸的測量原理,有利于促進本科生在實驗教學(xué)中對學(xué)科前沿知識的融會貫通。
   本系統(tǒng)中激光器發(fā)出的光束投射到懸臂梁背面的小平面鏡上,光束經(jīng)小平面鏡反射后,投射到PSD傳感器上。該系統(tǒng)通過探針感知微位移變化,當探針感知到被測物表面的起伏而上下移動時,帶動懸臂梁發(fā)生彎曲而使光路發(fā)生變化,最終使PSD傳感器上光斑的位置發(fā)生變化,且光斑移動距離和探針移動距離有一一對應(yīng)關(guān)系。測出PSD傳感器上光斑移動距離,即可通過幾何光學(xué)的關(guān)系計算出探針

3、移動的距離。通過對若干采樣點的測量,得到被測表面形貌。
   本文根據(jù)微位移測量系統(tǒng)的光路建立了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并對數(shù)學(xué)模型中系統(tǒng)參數(shù)的標定方法進行了分析。完成了微位移測量系統(tǒng)中鈹青銅材料、低彈性系數(shù)的懸臂梁和耐磨探針的設(shè)計,最后搭建了系統(tǒng)的實驗平臺。采用LabVIEW軟件對系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)進行濾波、運算、顯示及保存處理,并在此系統(tǒng)軟硬件的基礎(chǔ)上完成了穩(wěn)定性和精度的評估,以及誤差分析、系統(tǒng)參數(shù)的標定實驗和樣件測量實驗。
 

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