CN107990818A - 一种新型悬丝式可变刚度微纳测头 - Google Patents

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刘向阳
李保坤
吴耀东
刘坤
于亚运
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract

本发明一种新型悬丝式可变刚度微纳测头包括：测头、测杆、中间体、电容上极板、电容下极板、悬丝、柔性机构、压电驱动装置、基座、动平台、电容数字转换装置、PC机。所述测杆安装在中间体中心；所述中间体通过悬丝固定于动平台中心；所述悬丝一端连接中间体，另一端连接柔性机构；所述基座固定于动平台；所述中间体上表面均布四个电容下极板；所述压电驱动装置固定于柔性机构和基座之间。本发明通过压电驱动装置的压电效应，驱动柔性机构发生形变，改变悬丝的张紧程度，进而改变测杆支撑机构的刚度，以满足测量过程变刚度的要求。

Description

一种新型悬丝式可变刚度微纳测头
技术领域
本发明涉及微纳米测量领域，具体说是一种新型悬丝式可变刚度微纳测头。
背景技术
近年来，微电子机械器件的制造得到快速发展，这些器件几何尺寸介于毫米到微米之间，为保证微电子机械器件的加工质量，对高精度微纳测量机要求越来越高。测头是测量机的重要组件，其性能直接影响着测量机的测量精度和稳定性。根据不同分类方法，测头分为接触式和非接触式两种。接触式测头在三维测量技术领域得到广泛应用，相比于非接触式测头，接触式测头具有精度高、可靠性好、易于校正等优点。目前，接触式微纳测头还存在以下缺陷，例如：当测头支撑机构刚度较大时，测头的灵敏度较低，与测量元件接触时会产生较大的测量力，对测量元件造成划伤甚至破坏；当测头支撑机构刚度较低时，测头的灵敏度较高，所需测量力小，但测头与测量元件之间的范德华力会损坏测头***的重复精度，同时惯性力易造成误触发等。
发明内容
为了解决以上问题，本发明公开了一种新型悬丝式可变刚度微纳测头。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，它主要包括：测头、测杆、中间体、电容下极板、电容上极板、悬丝、柔性机构、压电驱动装置、基座、螺钉孔、动平台、电容数字转换装置、PC机。所述测头和测杆为一体式结构；所述测杆通过胶结方式固定于中间体中心；所述中间体通过悬丝固定于动平台中心；所述悬丝一端连接中间体，另一端连接柔性机构；所述基座通过焊接方式固定于动平台上；所述压电驱动装置固定于柔性机构和基座之间；所述电容上极板通过胶结方式固定于动平台中心下表面；电容下极板通过胶结方式固定于中间体上表面。
与现有技术，本发明的有益效果体现在：
本发明将四个电容极板位置均匀分布于中间体上表面，提高了测头装置的检测精度，降低了电容极板分布不均或者数量较少而产生的测量误差。采用八个压电驱动装置相对于四个压电驱动装置，其能够单独调节每个悬丝方向的张紧程度，降低了由于加工精度和安装过程的误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明测头、测杆、测头支撑机构、压电驱动装置、基座及动平台组合体的俯视图；
图中标号：测头-1、测杆-2、中间体-3、电容下极板-4、电容上极板-5、悬丝-6、柔性机构-7、压电驱动装置-8、基座-9、螺钉孔-10、动平台-11、电容数字转换装置-12、PC机-13。
具体实施方式
以下结合附图，通过对实施例的描述，对本发明做进一步说明：
一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，它主要包括：测头1、测杆2、中间体3、电容下极板4、电容上极板5、悬丝6、柔性机构7、压电驱动装置8、基座9、螺钉孔10、动平台11、电容数字转换装置12、PC机13。测头1和测杆2为一体式结构，中间体3下表面中心位置设置圆形凹槽，测杆2通过胶结方式固定于中间体3下表面圆形凹槽处。中间体3圆周位置对称设置4个凸台，每个凸台中心位置设置圆形凹槽，便于悬丝6的定位与安装。八个基座9通过焊接方式均布于动平台11下表面，基座9设置矩形凹槽便于压电驱动装置8和柔性机构7的定位与安装。压电驱动装置8两端面均通过胶结方式分别与基座9矩形凹槽内表面和柔性机构7外端面相连接。柔性机构7中间设有凸台，凸台中心设有圆形凹槽，便于悬丝6的定位与安装。悬丝6一端面通过胶结方式固定于中间体3凸台中心圆形凹槽处，另一端固定于柔性机构7凸台中心圆形凹槽处。中间体3上表面均布4个电容极板托，与中间体3的凸台机构成45°分布。电容下极板4通过胶结方式固定于电容极板托处，电容上极板5通过胶结方式定于动平台11下表面，位置与电容下极板4相对应。电容上极板5通过导线与电容数字转换装置12相连，将电容变化信息，转换为电信号，通过PC机13对信号进行处理，完成对测头位移变化的检测，进而完成整个测量过程。
本发明新型悬丝式变刚度微纳测头的支撑机构包括中间体3、悬丝6、柔性机构7。本发明利用压电驱动装置8的压电效应，驱动柔性机构7发生形变，改变悬丝6的张紧程度，进而改变测杆支撑结构的刚度。具体工作过程：当微纳测头装置开始工作且未接触待测元件时，压电驱动装置8工作，测杆支撑结构的刚度变大，测头1响应速度增加，同时能够降低装置测量过程中由于惯性产生的误触发；当测头1接触待测元件时，压电驱动装置8不工作，测杆支撑结构的刚度变小，降低测头1与工件的接触力，避免由于测度刚度过大而对测量元件的划伤甚至破坏；当测头1离开待测元作时，压电驱动装置8工作，测杆支撑结构的刚度变大，能克服测头1与待测元件之间的范德华力，同时增加测头1的动态响应特性。
本发明可根据待测量元件的材料特性和测头测量时的工作过程，通过更改压电驱动装置8的电压，得到适应待测元件的测头支撑机构的刚度，满足测量过程变刚度的要求。以上所述为本发明的实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以做出适当的改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，其特征在于：它包括测头(1)、测杆(2)、中间体(3)、电容下极板(4)、电容上极板(5)、悬丝(6)、柔性机构(7)、压电驱动装置(8)、基座(9)、螺钉孔(10)、动平台(11)、电容数字转换装置(12)、PC机(13)。所述测头(1)和测杆(2)为一体式结构；所述测杆(2)安装在中间体(3)中心；所述中间体(3)通过悬丝(6)固定于动平台(11)中心；所述悬丝(6)一端连接中间体(3)，另一端连接柔性机构(7)；所述基座(9)固定于动平台(11)上；所述压电驱动装置(8)固定于柔性机构(7)和基座(9)之间；所述中间体(3)上表面均布四个电容下极板。
2.根据权利要求1所述的一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，其特征在于：所述每个柔性机构(7)通过两个压电驱动装置(8)驱动，使柔性机构(7)在平行于悬丝方向发生形变，用以改变测头支撑机构的刚度。
3.根据权利要求1所述的一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，其特征在于：四个电容下极板均布在中间体上表面，且与中间体(3)凸台机构成45°分布。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109579677A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 安徽理工大学 一种十字交叉压缩悬臂梁的变刚度微纳测头
CN109764803A (zh) * 2019-01-23 2019-05-17 安徽理工大学 一种三悬丝约束支撑的可变刚度微纳测头
CN110095050A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 安徽理工大学 一种三角梁柔性约束变刚度微纳测头
CN111854662A (zh) * 2020-07-16 2020-10-30 西安交通大学 一种单压电并联同步驱动的变刚度测头

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103075951A (zh) * 2012-12-20 2013-05-01 上海市计量测试技术研究院 一种基于电容传感器阵列的三维微接触式测头
CN105698661A (zh) * 2016-03-07 2016-06-22 安徽电气工程职业技术学院 微纳米三坐标测量机接触式扫描探头
CN106839959A (zh) * 2016-12-19 2017-06-13 西安交通大学 一种多向位移测量测头
CN107560573A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 安徽理工大学 一种悬丝式可变刚度微纳测头
CN207797989U (zh) * 2018-01-23 2018-08-31 安徽理工大学 一种新型悬丝式可变刚度微纳测头

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103075951A (zh) * 2012-12-20 2013-05-01 上海市计量测试技术研究院 一种基于电容传感器阵列的三维微接触式测头
CN105698661A (zh) * 2016-03-07 2016-06-22 安徽电气工程职业技术学院 微纳米三坐标测量机接触式扫描探头
CN106839959A (zh) * 2016-12-19 2017-06-13 西安交通大学 一种多向位移测量测头
CN107560573A (zh) * 2017-08-31 2018-01-09 安徽理工大学 一种悬丝式可变刚度微纳测头
CN207797989U (zh) * 2018-01-23 2018-08-31 安徽理工大学 一种新型悬丝式可变刚度微纳测头

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109764803A (zh) * 2019-01-23 2019-05-17 安徽理工大学 一种三悬丝约束支撑的可变刚度微纳测头
CN109579677A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 安徽理工大学 一种十字交叉压缩悬臂梁的变刚度微纳测头
CN110095050A (zh) * 2019-04-19 2019-08-06 安徽理工大学 一种三角梁柔性约束变刚度微纳测头
CN110095050B (zh) * 2019-04-19 2021-03-26 安徽理工大学 一种三角梁柔性约束变刚度微纳测头
CN111854662A (zh) * 2020-07-16 2020-10-30 西安交通大学 一种单压电并联同步驱动的变刚度测头

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