[發(fā)明專利]一種三維微觸覺傳感器的校準方法與裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010136209.2
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101813499A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 雷李華;王麗華;郭彤;李源
• 申請（專利權）人: 上海市計量測試技術研究院
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00;G01B7/00;G01B7/34;G01B11/02
• 代理公司: 上海浦東良風專利代理有限責任公司 31113
• 代理人: 陳志良

技術領域

本發(fā)明涉及一種儀器的修正的方法，特別是公開一種測量微米納米用的三維微觸覺傳感器的校準方法與裝置。

背景技術

近些年來，與半導體工藝的融合成為推動傳感器發(fā)展的一個重要動力，這種融合使傳感器的性能更加強大，而體積卻越來越小，催生出微型傳感器。微型傳感器的出現(xiàn)使原本在很多不能應用傳感器的領域得以應用傳感器件，從而為系統(tǒng)產品的智能化提供了條件。由此催生了一大批新型微納米傳感器，對微米納米尺寸的相關檢測技術提出了新的挑戰(zhàn)。常規(guī)傳感器由于信號的單一性、低精度及對微弱信號采集能力有限，所以對應各種校準裝置與方法往往只能對常規(guī)傳感器的實現(xiàn)對進行校準。由于微米/納米尺寸的傳感器接受信號要求的靈敏性高、精度好、采集微弱信號，所以對校準裝置的信號處理能力提出了更高的要求。三維微觸覺傳感器能實現(xiàn)對多維尺寸、位置和形貌特征等幾何量的微米/納米級的測量，三維微觸覺傳感器性能的優(yōu)越與否直接影響著小尺寸的量值傳遞的精確性，同時也對微加工精度和工藝水平的意義重大。所以對設計完成的三維微觸覺傳感器進行精確、及時的校準，了解三維微觸覺傳感器的實際特性對于其自身的開發(fā)和設計具有重大意義。對微納米產業(yè)的長遠發(fā)展具有極大的推動作用。設計一種能夠對多種三維微觸覺傳感器的夾持校準裝置和方法將有效解決對三維微觸覺傳感器的性能參數的比對與檢測。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的提出一種三維微觸覺傳感器的校準方法與裝置，可以有效解決多種傳感方式(壓阻式，電感式，壓電式)的一維、二維、三維及陣列式的三維微觸覺傳感器的線性、量程、滯后性、精度多個性能的校準工作，評估其性能是否符合設計要求。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種三維微觸覺傳感器的校準方法，其特征在于：在隔振腔中安裝三維微觸覺傳感器固定裝置、微位移輸入裝置、CCD攝像頭和激光干涉儀；三維微觸覺傳感器通過不同的夾持機構安放在旋轉平臺上，微位移輸入裝置通過控制裝置實現(xiàn)三維微觸覺傳感器的Z軸粗動定位和傳感器與壓電陶瓷的零接觸，壓電陶瓷通過控制系統(tǒng)輸出振幅信號給所述的三維微觸覺傳感器施加位移約束信號，通過三維微觸覺傳感器的信號采集系統(tǒng)和上機軟件，建立輸入——輸出關系圖，通過激光干涉儀的校準系統(tǒng)對壓電陶瓷的位移約束量進行跟蹤測量，實現(xiàn)三維微觸覺傳感器性能參數的測試和校準。

三維微觸覺傳感器的校準裝置放置于隔振腔中，隔振腔體能有效吸收外界一定頻率范圍的噪聲，可以實現(xiàn)校準過程中的噪聲隔離，提供穩(wěn)定的校準環(huán)境，實現(xiàn)高精度的校準。隔振腔通過自動鎖緊機構可實現(xiàn)自由定位，被檢三維微觸覺傳感器固定后，關閉隔振腔完成隔離環(huán)境下的校準工作。

三維微觸覺傳感器的校準裝置在工作過程中，三維微觸覺傳感器與壓電陶瓷的接觸情況都通過一個CCD監(jiān)視器進行實時監(jiān)控，防止位移過大引起的三維微觸覺傳感器和微位移裝置的損害；整體校準裝置放置在氣浮隔振平臺上，減少周圍噪聲對測量的影響。

針對三維微觸覺傳感器的性能校準設計的裝置與方法具有以下的特征：

(1)為了消除校準過程環(huán)境的影響，校準過程在密封的隔振腔中完成，內置CCD攝像頭，隔振腔關閉后，通過CCD監(jiān)視進行實時監(jiān)控，觀察三維微觸覺傳感器與微位移平臺的接觸情況，防止壓電陶瓷位移過大引起的三維微觸覺傳感器和壓電陶瓷的損壞。

(2)為了解決三維微觸覺傳感器部件的橫向和軸向固定，通過夾持機構固定在高精度的360°旋轉平臺，通過旋轉平臺的控制裝置(包括手動和自動旋轉控制器)實現(xiàn)三維微觸覺傳感器的橫向、軸向及XOY任意平面夾角性能校準。

(3)為了解決三維微觸覺傳感器與旋轉平臺的不同方向固定，設計了軸向、橫向夾持機構，實現(xiàn)三維微觸覺傳感器部件的有效夾持，并保證三維微觸覺傳感器部件具有足夠余量實現(xiàn)有效偏擺。壓電陶瓷的夾持機構實現(xiàn)壓電陶瓷與傳動機構的連動性，并有效實現(xiàn)壓電陶瓷的夾持。

(4)位移輸入裝置的傳動機構和控制器實現(xiàn)壓電陶瓷的Z軸方向上的粗動定位和三維微觸覺傳感器與壓電陶瓷的零接觸，壓電陶瓷與三維微觸覺傳感器零接觸后，再通過壓電陶瓷控制系統(tǒng)實現(xiàn)一定程度的位移約束信號壓電陶瓷位移約束信號引起傳感器輸出改變，通過信號調制和采集電路進行數據采集和顯示，建立輸入——輸出關系圖。

(5)通過激光干涉儀對壓電陶瓷輸出的高精度的位移約束信號的跟蹤測量，由激光干涉儀測量得到的位移變化量與采集得到的輸入——輸出關系圖進行有效的比對，實現(xiàn)三維微觸覺傳感器的性能的高精度校準。