觸針式光電三維微位移測量系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、微納米測量技術(shù)已成為當(dāng)今國內(nèi)外測量技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和前沿，也是我國重點(diǎn)支持和發(fā)展的高新技術(shù)之一。隨著微納米技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種微納米級(jí)別的測量儀器，如納米坐標(biāo)測量機(jī)、光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等等，但這些儀器一般都非常昂貴，多應(yīng)用于研究領(lǐng)域中，不適合應(yīng)用到本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。本文設(shè)計(jì)了一種低成本觸針式微位移測量系統(tǒng)，可應(yīng)用于本科生微納檢測實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在保證一定測量精度的基礎(chǔ)上，充分演示了微小

2、尺寸的測量原理，有利于促進(jìn)本科生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)科前沿知識(shí)的融會(huì)貫通。
　　 本系統(tǒng)中激光器發(fā)出的光束投射到懸臂梁背面的小平面鏡上，光束經(jīng)小平面鏡反射后，投射到PSD傳感器上。該系統(tǒng)通過探針感知微位移變化，當(dāng)探針感知到被測物表面的起伏而上下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)懸臂梁發(fā)生彎曲而使光路發(fā)生變化，最終使PSD傳感器上光斑的位置發(fā)生變化，且光斑移動(dòng)距離和探針移動(dòng)距離有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。測出PSD傳感器上光斑移動(dòng)距離，即可通過幾何光學(xué)的關(guān)系計(jì)算出探針

3、移動(dòng)的距離。通過對(duì)若干采樣點(diǎn)的測量，得到被測表面形貌。
　　 本文根據(jù)微位移測量系統(tǒng)的光路建立了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)數(shù)學(xué)模型中系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定方法進(jìn)行了分析。完成了微位移測量系統(tǒng)中鈹青銅材料、低彈性系數(shù)的懸臂梁和耐磨探針的設(shè)計(jì)，最后搭建了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用LabVIEW軟件對(duì)系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、運(yùn)算、顯示及保存處理，并在此系統(tǒng)軟硬件的基礎(chǔ)上完成了穩(wěn)定性和精度的評(píng)估，以及誤差分析、系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和樣件測量實(shí)驗(yàn)。