[發明專利]雙端音叉三維諧振觸發探頭系統及其真三維測量方法

有效

• 申請號: 201410261860.0
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104019736B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 余惠娟;黃強先;袁鈺;趙曉萌;卞亞魁
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B7/28
• 分類號: G01B7/28
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

1.雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：包括有支承架，支承架底部架面連接有兩個完全相同位置對稱的轉接件，還包括有雙端音叉，所述雙端音叉由兩個叉端和連接兩個叉端的叉臂對構成，雙端音叉的兩個叉端一一對應連接在轉接件底面，叉臂對中兩個叉臂分別平行于支承架底部架面并沿豎向并行設置，叉臂對中位于下方的叉臂正中間底面固定有一體式光纖微探球。

2.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：所述雙端音叉的叉臂對上設置有電極，通過電極激勵雙端音叉帶動光纖微探球諧振。

3.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：光纖微探球基于光纖拉錐技術和光纖熔融燒球技術制備而成。

4.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：雙端音叉的振動方式為，在電極的激勵下兩個叉臂在平面內沿寬度方向反相彎曲振動。

5.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：雙端音叉由石英晶體制備，切型選擇與振動模式及工作頻率相關，彎曲振動模式下XY切型對應頻率范圍1～80KHz，NT切型對應頻率范圍40～100KHz；所述雙端音叉叉臂長度沿石英晶體y軸方向，寬度沿石英晶體x方向，厚度沿石英晶體z軸方向，即采用(zyw)5°切型切角結構。

6.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：雙端音叉的諧振頻率與其幾何尺寸相關，即可通過改變叉臂的長度、寬度、厚度調節雙端音叉的諧振頻率及力頻系數，所述雙端音叉諧振頻率以及力頻系數與其幾何尺寸的相關關系式分別為：f=m2w2πl2112ρs22′,S=0.0717(l2s22′tw3),]]>其中f為雙端音叉的基頻，S為其力頻系數，l、w、t分別為兩個叉臂的長度、寬度、厚度，m為與邊比有關的系數，ρ為石英材料的密度，s′₂₂為石英的彈性柔順常數。

7.根據權利要求1所述的雙端音叉三維諧振觸發探頭系統，其特征在于：雙端音叉兩個叉臂上電極的設置采用叉臂四周被電極方式，使沿兩個叉臂寬度方向產生兩個大小相等、方向相反的電場。

8.一種基于權利要求1所述雙端音叉三維諧振觸發探頭系統的真三維測量方法，其特征在于：通過叉臂四周被電極方式設置電極，激勵雙端音叉兩個叉臂平面內沿寬度方向反相彎曲振動，帶動一體式光纖微探球面內諧振；設置所述雙端音叉帶動的一體式光纖微探球在豎直Z方向上與試樣以輕敲模式接觸，在水平面內X、Y方向上與試樣以摩擦模式接觸；檢測雙端音叉諧振信號的變化以表征所述光纖微探球與試樣表面的碰觸程度。

9.根據權利要求8所述的真三維測量方法，其特征在于：所述雙端音叉對軸向力極為敏感，故雙端音叉三維諧振觸發探頭系統在X向具有更高觸發靈敏度。

10.根據權利要求8所述的真三維測量方法，其特征在于：所述諧振信號為雙端音叉的諧振頻率或諧振相位。