基于駐波原理的虛擬探針關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對于微深孔、微深槽等大深徑比微型工件的無損測量仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的問題。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不僅微深孔內(nèi)徑不斷降低而且深度日益增加，對測量的精度也提出了更高的要求。通常，測量具有大深徑比微深孔有橫切測量方式和伸入式探針測量方式，其中，使用原子力顯微鏡或者掃描探針顯微鏡對其橫切面進(jìn)行測量可以得到微深孔的特性，但是這類測量工具對切面的表面光潔度要求較高并且其空間測量的能力較差。而對于直接深入微孔內(nèi)部的探針來說，探針難以小型化是制約其應(yīng)用的

2、主要問題。
　　本文的目的是設(shè)計一種用于測量大深徑比工件的微型探針。探針的長徑比約為200：1，探針桿的直徑為7μm，探針一端安裝于振蕩器上，振蕩器振動時將在探針桿上產(chǎn)生駐波，通常，常規(guī)探針會使用硬質(zhì)的探針桿并且在其末端設(shè)計一個微型球作為接觸端，由于探針在穩(wěn)定狀態(tài)振動將形成駐波，自由端將形成一個振幅大于探針桿的扇形區(qū)域。因此，該探針不需要接觸球作為接觸點(diǎn)，僅使用自由端作為接觸端即可，這種方法被稱為虛擬探針技術(shù)，虛擬針尖的直徑為在2

3、0~60μm之間。
　　本文討論了駐波的形成原因和虛擬探針的探測原理，針對石英音叉振蕩器，研究了如何制做并優(yōu)化虛擬探針的特性，設(shè)計了用于虛擬探針的驅(qū)動和檢測電路，通過16位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集探針的輸出信號，系統(tǒng)的帶寬保持在500Hz，實(shí)驗測量得到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨力0.153mV。使用壓電陶瓷位移臺對虛擬探針的觸測特性進(jìn)行測量，得到了虛擬探針的空間位置分辨力為35nm，虛擬探針接觸位置的重復(fù)性為0.16μm。
　　此外，通常