[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于微形貌檢測(cè)的測(cè)量力可控的觸針式位移傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510342486.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104897099B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹德強(qiáng);許斌;方輝;劉乾乾
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/02
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11371
• 代理人: 吳開(kāi)磊

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于微形貌檢測(cè)的測(cè)量力可控的觸針式位移傳感器，涉及微結(jié)構(gòu)面形質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。所述的傳感器主要由測(cè)頭模塊、測(cè)頭支撐模塊、位移檢測(cè)模塊、測(cè)量力控制模塊等組成；所述的測(cè)頭模塊由探針和探桿構(gòu)成，可跟隨被測(cè)樣品表面的變化而移動(dòng)，所述的測(cè)頭支撐模塊用來(lái)給測(cè)頭模塊提供徑向支持力，所述的位移檢測(cè)模塊，用來(lái)測(cè)量測(cè)頭的位移信息；所述的測(cè)量力控制模塊包括銜鐵、電磁鐵和微拉壓力傳感器，可檢測(cè)和控制測(cè)量力。本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)電磁力將測(cè)量力控制在某一范圍，既可以保證探針與樣品的良好接觸，又不會(huì)損傷樣品，提高了觸針式位移傳感器的測(cè)量精度。徹底改變了傳統(tǒng)觸針式位移傳感器中測(cè)量力不可測(cè)且不易控制的技術(shù)缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微結(jié)構(gòu)面形質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于微形貌檢測(cè)的測(cè)量力可控的觸針式位移傳感器。

背景技術(shù)

觸針式位移傳感器是形貌測(cè)量?jī)x器的核心器件，廣泛地用于工業(yè)在線和離線零件的表面形貌測(cè)量檢測(cè)和表征。

對(duì)于觸針式位移傳感器，觸針與被測(cè)樣品之間測(cè)量力的大小將直接影響微結(jié)構(gòu)形貌檢測(cè)質(zhì)量高低。測(cè)量力過(guò)大會(huì)使觸針尖端和被測(cè)樣品表面發(fā)生較大形變，對(duì)于觸針而言較大的測(cè)量力輕則使觸針尖端發(fā)生磨損影響測(cè)量精度，重則使觸針斷裂；對(duì)于被測(cè)樣品而言，測(cè)量力過(guò)大將劃傷樣品表面，造成樣品永久性損傷。若測(cè)量力較小將無(wú)法保證觸針與樣品的良好接觸，容易出現(xiàn)觸針的跳動(dòng)，粘滑失穩(wěn)等現(xiàn)象，影響觸針跟隨樣品表面變化而變化的能力。因此針對(duì)不同材質(zhì)的被測(cè)樣品，應(yīng)該控制不同的測(cè)量力，以保證最佳的測(cè)量效果。

當(dāng)前觸針式位移傳感器測(cè)量力的產(chǎn)生與控制主要有以下幾種：一是利用觸針及與其連接的其他構(gòu)件的重力產(chǎn)生測(cè)量力。這種方法的缺點(diǎn)是：測(cè)量力為一固定值，不能按照被測(cè)樣品材料的變化而改變，傳感器只能針對(duì)某些特定材料的樣品進(jìn)行測(cè)量，影響了傳感器的使用范圍。二是將觸針與彈性元件連接，利用彈性元件的彈力產(chǎn)生測(cè)量力。這種方法的缺點(diǎn)是：測(cè)量力會(huì)隨著樣品表面形貌的變化而改變，不能始終保持在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，在某些情況下會(huì)對(duì)樣品造成損傷。三是利用音圈電機(jī)與彈性元件結(jié)合的方式提供和改變測(cè)量力。這種方法的缺點(diǎn)是：通過(guò)改變音圈電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)觸針與被測(cè)樣品之間的相對(duì)位置，這在一定程度上可以改變測(cè)量力的大小，但其目的是為了擴(kuò)大傳感器的量程而不是主動(dòng)控制測(cè)量力，最終的測(cè)量力還是由彈性元件的彈力提供，無(wú)法從根本上解決上述第二種方法中存在的技術(shù)缺陷。另外上述第二和第三種方法中測(cè)量力的大小是未知的，測(cè)量時(shí)只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷是否可以測(cè)量某一樣品而不至于將其損傷，給測(cè)量帶來(lái)諸多不便。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上觸針式位移傳感器在測(cè)量力控制方面的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量力的精確測(cè)量與控制，我們發(fā)明了一種用于微形貌檢測(cè)的測(cè)量力可控的觸針式位移傳感器。該傳感器采用的技術(shù)方案詳見(jiàn)下文描述。

本發(fā)明涉及一種用于微形貌檢測(cè)的測(cè)量力可控的觸針式位移傳感器，主要包括：測(cè)頭模塊、測(cè)頭支撐模塊、位移檢測(cè)模塊、測(cè)量力控制模塊等。所述的測(cè)頭模塊包括用于接觸樣品表面并感知其表面高低變化的探針(1)和探桿(2)，探針(1)安裝在探桿(2)下端，探桿(2)設(shè)置在測(cè)頭支承模塊內(nèi)。

所述的測(cè)頭支撐模塊包括非接觸式軸承(3)和傳感器基座(4)，所述的非接觸式軸承為一種磁懸浮軸承或空氣軸承，若為磁懸浮軸承則所述的探桿表面需要涂有一層磁性材料，使磁懸浮軸承和探桿之間產(chǎn)生徑向作用力，若為空氣軸承則探桿表面不需要進(jìn)行處理就可以產(chǎn)生徑向作用力；所述的非接觸式軸承固定安裝在傳感器基座(4)上，并通過(guò)軸承控制模塊(13)與信號(hào)分析處理模塊(11)連接。

所述的位移檢測(cè)模塊，包括標(biāo)尺光柵(5-2)和讀數(shù)頭(5-1)，所述的標(biāo)尺光柵設(shè)置在探桿(2)上，可隨著探桿移動(dòng)；所述的讀數(shù)頭安裝在傳感器基座(4)上，并通過(guò)位移信號(hào)采集模塊(12)與信號(hào)分析處理模塊(11)連接，用來(lái)讀取探桿的位移信息。