觸針式光電三維微位移測量系統(tǒng)設計.pdf

1、微納米測量技術已成為當今國內外測量技術領域研究的熱點和前沿，也是我國重點支持和發(fā)展的高新技術之一。隨著微納米技術的發(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，多應用于研究領域中，不適合應用到本科實驗教學中。本文設計了一種低成本觸針式微位移測量系統(tǒng)，可應用于本科生微納檢測實驗教學中，在保證一定測量精度的基礎上，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中對學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關系。測出PSD傳感器上光斑移動距離，即可通過幾何光學的關系計算出探針

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)學模型，并對數(shù)學模型中系統(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。