專(zhuān)利名稱(chēng):激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的方法及其使用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)測(cè)量裝置,特別是公開(kāi)一種激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的方法及其使用的裝置,適用于機(jī)械、電子、建筑、地質(zhì)等領(lǐng)域中超精密機(jī)械加工時(shí)的微幅振動(dòng)測(cè)量。
背景技術(shù):
振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域覆蓋了機(jī)械、電子、建筑、地質(zhì)等廣泛領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體、光學(xué)儀器工業(yè)和Mems行業(yè)的發(fā)展,越來(lái)越多的元器件需要在微米、甚至納米級(jí)的精度上進(jìn)行超精密機(jī)械加工。而超精密機(jī)械加工對(duì)微幅振動(dòng)極為敏感,消除或減小微幅振動(dòng)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵,通過(guò)消除或減小這類(lèi)超微密加工過(guò)程中的微幅振動(dòng),可以保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高工藝精度。實(shí)現(xiàn)微幅振動(dòng)的準(zhǔn)確隔離和消除也要靠微幅振動(dòng)的準(zhǔn)確測(cè)量作支撐和保證。而傳統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)量裝置通常只能測(cè)量微米級(jí)振幅的振動(dòng),對(duì)于微米級(jí)以下的振動(dòng)都無(wú)法測(cè)量。因 此設(shè)計(jì)一種對(duì)微幅振動(dòng)敏感的振動(dòng)測(cè)量裝置十分必要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量裝置無(wú)法測(cè)量微米級(jí)以下振動(dòng)的問(wèn)題,提供一種激光聚焦微幅振動(dòng)測(cè)量裝置,實(shí)現(xiàn)振幅微米級(jí)以下的振動(dòng)的測(cè)量。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的方法,其特征在于將待測(cè)振動(dòng)裝置移動(dòng)至激光聚焦式測(cè)頭正下方,數(shù)據(jù)采集卡采集激光聚焦式測(cè)頭的信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理器,數(shù)據(jù)處理器輸出數(shù)字信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器,電動(dòng)升降平臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)移動(dòng);電動(dòng)升降平臺(tái)在激光聚焦式測(cè)頭焦平面附近移動(dòng),記錄相應(yīng)的移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U,提取線(xiàn)性部分對(duì)移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U做線(xiàn)性擬合,獲取移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U之間的線(xiàn)性關(guān)系;當(dāng)待測(cè)振動(dòng)裝置開(kāi)始振動(dòng)時(shí),待測(cè)振動(dòng)裝置表面與激光聚焦式測(cè)頭表面的距離變化,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化,通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)并傳輸至數(shù)據(jù)處理器記錄,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)的頻率和波形就反應(yīng)了待測(cè)振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率和波形,根據(jù)移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U之間的線(xiàn)性關(guān)系U=k*L+b,振幅為測(cè)頭信號(hào)振幅的Ι/k倍。一種所述測(cè)量方法使用的激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的裝置,其特征在于底座上平面的一側(cè)固定L型支架,支架的頂部設(shè)置懸臂梁形式的電動(dòng)升降平臺(tái),電動(dòng)升降平臺(tái)沿著支架升降,電動(dòng)升降平臺(tái)懸臂端下側(cè)設(shè)置激光聚焦式測(cè)頭,激光聚焦式測(cè)頭正下方設(shè)有水平移動(dòng)平臺(tái)和夾持待測(cè)振動(dòng)裝置的夾具,夾具在水平移動(dòng)平臺(tái)上面,水平移動(dòng)平臺(tái)在底座的另一側(cè)上平面上,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)處理器,數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器,電動(dòng)升降平臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)的上下移動(dòng)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明解決了傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量裝置無(wú)法測(cè)量微米級(jí)以下振動(dòng)的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)振幅微米級(jí)以下的振動(dòng)的無(wú)接觸測(cè)量。
圖I是本發(fā)明測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明測(cè)量裝置位移信號(hào)關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)附圖1,本發(fā)明激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的裝置的構(gòu)成包括底座I、支架
2、電動(dòng)升降平臺(tái)3 (行程L)、激光聚焦式測(cè)頭4、水平移動(dòng)平臺(tái)5、夾具6、電動(dòng)升降平臺(tái)控制器7、數(shù)據(jù)采集卡8、數(shù)據(jù)處理器9。底座I上平面的一側(cè)固定L型支架2,支架2的頂部設(shè)置懸臂梁形式的電動(dòng)升降平臺(tái),電動(dòng)升降平臺(tái)沿著支架I升降,電動(dòng)升降平臺(tái)懸臂端下側(cè)設(shè)置激光聚焦式測(cè)頭4,激光聚焦式測(cè)頭4正下方設(shè)有水平移動(dòng)平臺(tái)5和夾持待測(cè)振動(dòng)裝置 的夾具6,夾具6在水平移動(dòng)平臺(tái)5上面,水平移動(dòng)平臺(tái)5在底座I的另一側(cè)上平面上,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集卡8,數(shù)據(jù)采集卡8將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)處理器9,數(shù)據(jù)處理器9將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡8輸給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器7,電動(dòng)升降平臺(tái)控制器7驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)的上下移動(dòng)。本發(fā)明測(cè)量方法的具體實(shí)施步驟如下
I、激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集,并傳輸至數(shù)據(jù)處理器;通過(guò)數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)。2、通過(guò)數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái),使電動(dòng)升降平臺(tái)位于行程的中間位置。3、水平移動(dòng)平臺(tái)5固定在在底座I上,用夾具6固定待測(cè)振動(dòng)裝置,通過(guò)水平移動(dòng)平臺(tái)5移動(dòng)待測(cè)振動(dòng)裝置至激光聚焦式測(cè)頭4的正下方。(此時(shí)待測(cè)振動(dòng)裝置處于振動(dòng)停止?fàn)顟B(tài))。4、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)3下降,使待測(cè)振動(dòng)裝置位于激光聚焦式測(cè)頭4焦平面之外,以此時(shí)電動(dòng)升降平臺(tái)3的位置為零位。5、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)3以d (nm)為間隔,每次提升d (nm),采集該時(shí)刻的激光聚焦式測(cè)頭4的信號(hào)Vi,提升η次;然后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)3以距離d (nm)為間隔,每次下降到d (nm),采集該時(shí)刻的激光聚焦式測(cè)頭信號(hào),下降η次,以距離零點(diǎn)位置位移L為X軸,以激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)U為Y軸繪制曲線(xiàn),見(jiàn)附圖2,擬合其中的線(xiàn)性部分得激光聚焦式測(cè)頭 目號(hào)振幅為U=k*L+b ( n*l〈L)式中b是L為零時(shí)測(cè)頭的輸出彳目號(hào)。6、控制待測(cè)振動(dòng)裝置振動(dòng),由于振動(dòng)使得激光聚焦式測(cè)頭4與待測(cè)振動(dòng)裝置之間的距離發(fā)生變化,所以激光聚焦式測(cè)頭4信號(hào)隨著待測(cè)振動(dòng)裝置振動(dòng)變化,通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡7采集激光聚焦式測(cè)頭4的信號(hào),并傳輸至數(shù)據(jù)處理器8記錄,待測(cè)振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率和形態(tài)與激光聚焦式測(cè)頭4信號(hào)的頻率和形態(tài)一致,振幅為激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)振幅的I/k倍。本發(fā)明中電動(dòng)升降平臺(tái)的特點(diǎn)是電動(dòng)升降平臺(tái)的每次移動(dòng)的最小距離小于或等于50納米,最大行程大于等于I微米。電動(dòng)升降平臺(tái)和電動(dòng)升降平臺(tái)控制器的特點(diǎn)是電動(dòng)升降平臺(tái)的控制信號(hào)與電動(dòng)升降平臺(tái)的移動(dòng)距離一一對(duì)應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的方法,其特征在于將待測(cè)振動(dòng)裝置移動(dòng)至激光聚焦式測(cè)頭正下方,數(shù)據(jù)采集卡采集激光聚焦式測(cè)頭的信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理器,數(shù)據(jù)處理器輸出數(shù)字信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器,電動(dòng)升降平臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)移動(dòng);電動(dòng)升降平臺(tái)在激光聚焦式測(cè)頭焦平面附近移動(dòng),記錄相應(yīng)的移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U,提取線(xiàn)性部分對(duì)移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U做線(xiàn)性擬合,獲取移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U之間的線(xiàn)性關(guān)系;當(dāng)待測(cè)振動(dòng)裝置開(kāi)始振動(dòng)時(shí),待測(cè)振動(dòng)裝置表面與激光聚焦式測(cè)頭表面的距離變化,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化,通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)并傳輸至數(shù)據(jù)處理器記錄,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)的頻率和波形就反應(yīng)了待測(cè)振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率和波形,根據(jù)移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U之間的線(xiàn)性關(guān)系U=k*L+b,b是L為零時(shí)測(cè)頭的輸出信號(hào),振幅為測(cè)頭信號(hào)振幅的Ι/k 倍。
2.—種權(quán)利要求I所述測(cè)量方法所使用的激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的裝置,其特征在于底座上平面的一側(cè)固定L型支架,支架的頂部設(shè)置懸臂梁形式的電動(dòng)升降平臺(tái),電動(dòng)升降平臺(tái)沿著支架升降,電動(dòng)升降平臺(tái)懸臂端下側(cè)設(shè)置激光聚焦式測(cè)頭,激光聚焦式測(cè)頭正下方設(shè)有水平移動(dòng)平臺(tái)和夾持待測(cè)振動(dòng)裝置的夾具,夾具在水平移動(dòng)平臺(tái)上面,水 平移動(dòng)平臺(tái)在底座的另一側(cè)上平面上,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)輸出給數(shù)據(jù)處理器,數(shù)據(jù)處理器將處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器,電動(dòng)升降平臺(tái)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)的上下移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明為一種激光聚焦式測(cè)頭測(cè)量微幅振動(dòng)的方法及其使用的裝置,其特征在于將待測(cè)振動(dòng)裝置移動(dòng)至激光聚焦式測(cè)頭正下方,數(shù)據(jù)采集卡采集激光聚焦式測(cè)頭的信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理器,數(shù)據(jù)處理器輸出數(shù)字信號(hào)給數(shù)據(jù)采集卡后又轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出給電動(dòng)升降平臺(tái)控制器,由其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)升降平臺(tái)在激光聚焦式測(cè)頭焦平面附近移動(dòng),當(dāng)待測(cè)振動(dòng)裝置開(kāi)始振動(dòng)時(shí),其表面與激光聚焦式測(cè)頭表面的距離變化,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)相應(yīng)發(fā)生變化,激光聚焦式測(cè)頭信號(hào)的頻率和波形就反應(yīng)了振動(dòng)裝置的振動(dòng)頻率和波形,根據(jù)移動(dòng)距離L和測(cè)頭信號(hào)U之間的線(xiàn)性關(guān)系U=k*L+b,b是L為零時(shí)測(cè)頭的輸出信號(hào),振幅為測(cè)頭信號(hào)振幅的1/k倍。
文檔編號(hào)G01H9/00GK102829855SQ20121032215
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者劉一, 潘良明, 李矛 申請(qǐng)人:上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院