[發明專利]一種基于LabVIEW的微球球度高精度測量控制系統

在審

• 申請號: 201710974646.3
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107966121A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 黃強先;方傳智;羋夢;程榮俊;張連生;李瑞君;陳麗娟
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B17/06
• 分類號: G01B17/06
• 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

技術領域

本發明涉及高精度微納測量技術領域，尤其涉及一種基于LabVIEW的微球球度高精度測量控制系統。

背景技術

近年來，隨著微納制造技術的快速發展，對于微球的尺寸精度要求越來越高，例如用于微型器件精密測量的納米三坐標測量機，其測頭微球直徑在數十至數百微米以內，球度一般要控制在數十納米甚至更低納米量級。市面上的高精度圓度儀，如日本Mitutoyo公司的RA-H5200圓度儀，其球形測針直徑最小為1.6mm，所以其測頭直徑偏大，對于直徑低于1mm的微球無法進行高精度測量。所以構思一種新的微球球度測量方法，設計一種高精度的測量控制系統是十分必要的。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種基于LabVIEW的微球球度高精度測量控制系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于LabVIEW的微球球度高精度測量控制系統，包括兩個差動音叉鎢探針、分別控制兩個音叉探針的兩個X向納米精度微動臺和控制微球運動的一個Y向納米精度微動臺、微動臺控制器、信號發生器、幅值反饋電路、數據采集卡和安裝有LabVIEW的工業計算機；首先利用兩個音叉探針在X方向構成左右差動結構，然后利用兩個信號發生器激勵兩個音叉探針產生諧振，音叉探針振動的信號通過幅值反饋電路處理后經過數據采集卡由工業計算機內的LabVIEW讀取，LabVIEW通過讀取的音叉振動幅值大小確定音叉探針與被測球的距離，工業計算機給微動臺控制器發送指令，通過微動臺控制器控制兩X向納米精度微動臺同時驅動音叉探針差動逼近微球進行測量，單次逼近完成后微動臺控制器控制Y向納米精度微動臺進給微球位置，改變微球方向并重復上述測量步驟即可實現微球球度高精度測量。

所述的兩個音叉鎢探針和微球運動的微動臺擁有納米級測量分辨力，控制兩個差動音叉鎢探針運動的X向納米精度微動臺行程一樣且不小于微球半徑，控制微球運動的Y向納米精度微動臺行程不小于微球直徑。

所述的兩個X向納米精度微動臺和一個Y向納米精度微動臺均選取線性微動臺，其中兩個X向納米精度微動臺線性行程250μm，驅動分辨率為0.5nm，Y向納米精度微動臺線性行程500μm，驅動分辨率為0.9nm。所選的微動臺行程能夠滿足對直徑不大于500μm的微球的球度測量，低于1nm的驅動分辨率能夠保證微動臺實現納米步進，保證微球球度的高精度測量。

兩個X向納米精度微動臺同時快速逼近測球，若一微動臺先逼近到達測量位置，需要在原地等待另一微動臺，兩微動臺均到達測量位置時進行測量，測量完成后同時快速后退。

所述的數據采集卡為NI PCI-6259高速采集卡，有32路模擬輸入，16位計數，單通道采集速度達到1.25MS/s，多通道同時采集速度達到1MS/s，采集卡的高速保證被采集信號信息的完整性。

所述的幅值反饋電路由放大、整流和濾波模塊組成，音叉振動的原始信號先放大，然后經過整流芯片實現真有效值轉換，整流完成后經過濾波完成對信號的處理。

所述的微動臺控制器選取 Ensemble微動臺控制器，LabVIEW通過.net通訊方式讀取Ensemble庫函數實現與微動臺的數據交換，使用時將Ensemble庫函數設置在LabVIEW的user.lib讀取路徑下，LabVIEW完成庫函數識別后即可實現初始化設置、控制臺狀態控制和數據讀取操作。

本發明的優點是：本發明利用LabVIEW虛擬儀器軟件開發微球球度測量控制系統，能實現微球球度的高精度測量，控制精度可達到納米級。LabVIEW圖形化編程語言相對其它控制語言極大降低編程難度，縮短開發周期，編寫的界面友好，便于操作和維護。

附圖說明

圖1 為基于LabVIEW的微球球度測量控制系統流程圖。

圖2為幅值反饋電路原理圖。

圖3 為X向雙微動臺自動逼近測量—后退流程圖。

圖4 為X向雙微動臺自動逼近測量程序圖。

圖5 為X向雙微動臺自動后退程序圖。

圖6為 Y向納米精度微動臺控制程序圖。

圖7 為基于LabVIEW的微球球度測量控制系統界面。

具體實施方式