基于駐波原理的虛擬探針關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)于微深孔、微深槽等大深徑比微型工件的無(wú)損測(cè)量仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不僅微深孔內(nèi)徑不斷降低而且深度日益增加，對(duì)測(cè)量的精度也提出了更高的要求。通常，測(cè)量具有大深徑比微深孔有橫切測(cè)量方式和伸入式探針測(cè)量方式，其中，使用原子力顯微鏡或者掃描探針顯微鏡對(duì)其橫切面進(jìn)行測(cè)量可以得到微深孔的特性，但是這類測(cè)量工具對(duì)切面的表面光潔度要求較高并且其空間測(cè)量的能力較差。而對(duì)于直接深入微孔內(nèi)部的探針來(lái)說(shuō)，探針難以小型化是制約其應(yīng)用的

2、主要問(wèn)題。
　　本文的目的是設(shè)計(jì)一種用于測(cè)量大深徑比工件的微型探針。探針的長(zhǎng)徑比約為200：1，探針桿的直徑為7μm，探針一端安裝于振蕩器上，振蕩器振動(dòng)時(shí)將在探針桿上產(chǎn)生駐波，通常，常規(guī)探針會(huì)使用硬質(zhì)的探針桿并且在其末端設(shè)計(jì)一個(gè)微型球作為接觸端，由于探針在穩(wěn)定狀態(tài)振動(dòng)將形成駐波，自由端將形成一個(gè)振幅大于探針桿的扇形區(qū)域。因此，該探針不需要接觸球作為接觸點(diǎn)，僅使用自由端作為接觸端即可，這種方法被稱為虛擬探針技術(shù)，虛擬針尖的直徑為在2

3、0~60μm之間。
　　本文討論了駐波的形成原因和虛擬探針的探測(cè)原理，針對(duì)石英音叉振蕩器，研究了如何制做并優(yōu)化虛擬探針的特性，設(shè)計(jì)了用于虛擬探針的驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)電路，通過(guò)16位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集探針的輸出信號(hào)，系統(tǒng)的帶寬保持在500Hz，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨力0.153mV。使用壓電陶瓷位移臺(tái)對(duì)虛擬探針的觸測(cè)特性進(jìn)行測(cè)量，得到了虛擬探針的空間位置分辨力為35nm，虛擬探針接觸位置的重復(fù)性為0.16μm。
　　此外，通常