CN110388875B - 能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法 - Google Patents

能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法 Download PDF

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CN110388875B CN201910810549.XA CN201910810549A CN110388875B CN 110388875 B CN110388875 B CN 110388875B CN 201910810549 A CN201910810549 A CN 201910810549A CN 110388875 B CN110388875 B CN 110388875B
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Abstract

本发明公开了一种能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法，具有测量单元和测头单元；其测量单元中激光器发射的准直光束在迈克尔逊干涉仪中的分成两路准直光，并一一对应形成参考光束和测试光束，在参考光束和测试光束之间产生干涉；其测头单元是在圆环座与中心盘之间以弹簧相连接，使中心盘在所述圆环座中呈悬浮结构，在所述中心盘的一侧固定设置测量反射镜，另一侧安装带有测球的测杆；将迈克尔逊干涉仪中用于形成参考光束的参考反射镜设置在二维微调座上，通过调整二维微调座，使参考反射镜获得所需的二维偏摆角度，以此满足设定的测量范围的要求，本发明能达到扩大探头的量程、提高测量精度的效果。

Description

能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法
技术领域
本发明涉及微纳米三维接触式测量探头，更具体地说是一种能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法，属于光电测量领域。
背景技术
微纳米三维接触扫描探头的测量原理是：激光器发射的准直光束经过迈克尔逊干涉仪中的第一分光棱镜后分成两束准直光，其中一路准直光依次经过第一1/4波片和转折模块照射在参考反射镜上并原路返回进入第一分光镜，为参考光束；另一路准直光依次经过第二1/4波片和第二分光镜照射在测量反射镜上，为测试光束。测试光束与参考光束实际为同一束准直光分成的两束准直光，两束准直光的光点在光电感测器上重合时会产生干涉。
实际测量中，当探针在竖直方向上进行测量时，与弹簧衔接的测试反射镜在竖直向会有一定的移动量，沿原路返回的测试光束会发生光程变化。探头内微型迈克尔逊干涉仪干涉模块内的光电感测器会根据两光束的干涉现象感测出测试光束的光程变化，输出相应的电压信号，即可知探针在竖直方向的移动量；当探针在水平方向进行测量时，探针触碰测量件会发生倾斜，导致弹簧衔接的测试反射镜会产生相应的角度倾斜，因此测试光束不能沿原路返回，会与参考光束产生一个偏角，但若偏角过大则会导致两光束分离，无法产生光路干涉，竖直方向的输出信号断开。
发明内容
本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足，一种能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头及控制方法，以期在提高测量范围的同时保证测量精度。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头具有测量单元和测头单元；其测量单元中激光器发射的准直光在迈克尔逊干涉仪中分成两路准直光束，并一一对应形成参考光束和测试光束，在参考光束和测试光束之间产生干涉；其测头单元是在圆环座与中心盘之间以弹簧相连接，使中心盘在所述圆环座中呈悬浮结构，在所述中心盘的一侧固定设置测量反射镜，另一侧安装带有测球的测杆；其特点是：将所述迈克尔逊干涉仪中用于形成参考光束的参考反射镜设置在二维微调座上，通过调整所述二维微调座，使所述参考反射镜获得所需的二维偏摆角度，以此提高测量范围的要求。
本发明能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头的特点也在于：所述二维微调座具有上下两层圆盘体，其中一层圆盘体为工作面板，另一层圆盘体为固定基座，所述工作面板为挠性结构，其中部为“十”字薄片，“十”字薄片以其远端固定连接外圈圆环，所述参考反射镜安装在外圈圆环上；在所述工作面板与固定基座之间，利用长螺钉在中心位置进行连接，在呈“十”字分布的四个圆周位置上由压电陶瓷相连接；四只压电陶瓷与“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上，呈“十”字对称分布，且在“十”字对称位置上两两组对，利用对称位置上的一对压电陶瓷实现对工作面板在相应方向上的偏摆调整。
本发明能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头的特点也在于：设置一转接环，在所述转接环的内环壁上设有内环凹槽，所述参考反射镜嵌装在转接环的内环凹槽中，在所述工作面板的外圈圆环上，呈“十”字分布有四个连接凸台，所述转接环利用所述连接凸台以点接触的形式固定设置在工作面板上，所述连接凸台与工作面板中的“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上。
本发明能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头的特点也在于：所述弹簧采用蛇形弹簧，各道蛇形弹簧沿圆环座的径向设置，一端与中心盘相连接，另一端利用固定螺钉连接在圆环座上。
本发明能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头的特点也在于：设置每道蛇形弹簧为扇片状，各道扇片状蛇形弹簧在圆环座与中心盘之间构成圆环面。
本发明微纳米三维接触式测量探头的控制方法的特点是：针对探头进行水平方向上的测量，利用二维角度传感器实时检测获得测量反射镜的实际偏转角度，将所述实际偏转角度的信号传递到控制系统，由控制系统输出驱动电压，为处在对称位置上的一对压电陶瓷施加相应的控制电压，调整压电陶瓷的伸长量进而调整参考反射镜的偏转角度，实现迈克尔逊干涉仪中参考反射镜对测量反射镜的偏转角度的实时跟随。
本发明微纳米三维接触式测量探头的控制方法的特点也在于：在改变压电陶瓷伸长量用于实现调整时，针对可能存在的压电陶瓷位置分布不对称所产生的耦合，由式(1)所表征的根据各压电陶瓷的位置分布所建立的数学模型实现解耦：
Figure GDA0002805632900000021
并有式(2)、式(3)和式(4)：
k2·ΔU2＝k1·ΔU1 (2)
k4·ΔU4＝k3·ΔU3 (3)
Figure GDA0002805632900000022
式(4)中各坐标值所在的坐标系为：以固定基座的平面为XOY面，固定基座的中心点为原点O，固定基座上用于安装各压电陶瓷的安装孔的中心点分别为A点、B点、C点和D点，A点和B点处在原点O的对称两侧，C点和D点处在原点O的对称两侧；固定基座上沿OA方向为X轴方向，垂直于OA的方向为Y轴方向，Z轴方向垂直于固定基座的平面，所述Z轴方向与压电陶瓷的伸长方向相一致；
A点、B点、C点和D点各位置一一对应第一、第二、第三和第四压电陶瓷，第一到第四压电陶瓷与参考反射镜相连接的顶点位置一一对应为A′点、B′点、C′点和D′点，各点坐标分别表示为：
A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、D(x4,y4,z4)；
A′(x′1,y′1,z′1)、B′(x′2,y′2,z′2)、C′(x′3,y′3,z′3)、D′(x′4,y′4,z′4)；
z1～z4均为0，z1'～z4'一一对应为第一到第四各压电陶瓷自身长度与压电陶瓷通电伸长量之和，x1'＝x1，x'2＝x2，x3'＝x3，x4'＝x4；y1'＝y1，y′2＝y2，y′3＝y3，y′4＝y4；
当参考反射镜绕Y轴旋转时，α为所需调整角度，β为耦合角；
当参考反射镜绕X轴旋转时，β为所需调整角度，α为耦合角；
ΔU1～ΔU4是在初始电压的基础上，一一对应施加在第一到第四的各压电陶瓷上的电压增量；初始电压是施加在四只压电陶瓷上以获得初始伸长量的电压值；
ΔU1和ΔU2用于差动调节第一和第二压电陶瓷的伸长量；
ΔU3和ΔU4用于差动调节第三和第四压电陶瓷的伸长量；
γ为线段A′B′在XOY面的投影与Y轴的夹角，也是线段AB与Y轴的夹角；
θ为线段C′D′在XOY面的投影与X轴的夹角，也是线段CD与X轴的夹角；
利用三坐标测量机测量获得固定基座的圆心位置，以其作为坐标原点O；
利用三坐标测量机测量获得A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)各坐标值；
利用坐标值A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)计算获得γ的值；
利用坐标值C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)计算获得θ的值；
k1～k4一一对应为第一到第四压电陶瓷的伸长量与电压的比值；
利用由式(1)、式(2)、式(3)和式(4)所获得的ΔU1、ΔU2、ΔU3和ΔU4一一对应控制第一到第四压电陶瓷的伸长量，实现消除耦合角的控制。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明在测量过程中，通过实时调整二维微调座上各压电陶瓷的电压值，使参考反射镜获得所需的二维转动角度，保持测量光束与参考光束的光点重合；能使扫描式探头在水平方向的量程扩大，有效解决了扫描式探头在水平方向位移较大时，Z向传感器无输出的问题；
2、本发明中设置压电陶瓷对二维微调座进行调整，四只压电陶瓷呈“十”字对称分布，两两组队差动伸长去调整参考反射镜的偏转角度，有效保证了参考反射镜在偏摆角度发生变化的同时，其中心位置不会产生向前或向后的位移，保证测量精度；
3、本发明中测头单元中以蛇形弹簧形成悬浮结构，蛇形弹簧刚度小，有利于扩大探头的机械变形范围，即量程；蛇形弹簧因相邻圆环之间密集分布、间距小，可以使悬浮结构的反应更加灵敏，有利于提高探头的灵敏度。
4、在改变压电陶瓷伸长量用于实现调整时，针对可能存在的压电陶瓷位置分布不对称所产生的耦合，本发明根据各压电陶瓷的位置分布所建立的数学模型实现解耦，能有效消除由于压电陶瓷的位置分布不对称所带来的测量误差。
5、本发明中压电偏摆二维微调座除了应用于三维接触扫描式探头之外，还可以应用于相似领域，提高测量仪器的精度和量程，例如导轨多自由度检测装置等。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为本发明中测量单元光路示意图；
图3a为本发明中测头单元主视结构示意图；
图3b为本发明中测头单元后视结构示意图；
图4为本发明中二维微调座结构示意图；
图中标号：1参考反射镜，2转接环，3工作面板，4压电陶瓷，5固定基座，6长螺钉，7第四转折模块，8转折模块基座，9第三转折模块，10固定座，11四象限感测器，12激光光源，13第一转折模块，14探头底板，15迈克尔逊干涉仪干涉测量模块，16第二分光镜，17转折反射镜，18测球，19测杆，20二维微调座，21探头挡板；22控制系统；23压电驱动放大电路；24控制信号电路；25固定螺钉；26圆环座；27测量反射镜；28弹簧；29聚焦透镜；30第三1/4波片；31第一1/4波片；32第二1/4波片；33第三光电感测器；34第四分光镜；35第一光电感测器；36第二光电感测器；37第三分光镜；38第五分光镜；39第一分光镜；40第四光电感测器。
具体实施方式
参见图1、图2、图3a、图3b和图4，本实施例中能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头具有测量单元和测头单元。
在如图1和图2所示的测量单元中，激光器发射的准直光在迈克尔逊干涉仪中分成两路准直光束，并一一对应形成参考光束和测试光束，在参考光束和测试光束之间产生干涉；图2所示的测头单元的光路结构为：激光光源12出射的准直光经过第一转折模块13照射在第一分光镜39上分成两路准直光，其中一路准直光依次经过第一1/4波片31和转折反射镜17照射在参考反射镜1上，光束经过参考反射镜1并原路返回进入第一分光镜39；另一路准直光依次经过第二1/4波片32和第二分光镜16照射在测量反射镜27上，测量反射镜27上的部分反射光原路返回至第一分光镜39，第一分光镜39的输出光束依次经过第三1/4波片30和第三分光镜37后分成两路，一路进入第四分光镜34后再分成两路，分别照在第一光电感测器35和第二光电感测器36上；另一路进入第五分光镜38后同样再被分成两路，分别照在第三光电感测器33和第四光电感测器40上；其中，第一光电感测器35、第二光电感测器36、第三光电感测器33和第四光电感测器40共同形成迈克尔逊干涉仪干涉测量模块15；由第二分光镜16将测量反射镜27的部分反射光转折经过第三转折模块9，并经过第四转折模块7和聚焦透镜29照射在四象限光电感测器11上，第四转折模块7设置相应位置上的转折模块基座8上。
图3a图3b所示的测头单元是在圆环座26与中心盘之间以弹簧28相连接，使中心盘在圆环座26中呈悬浮结构，在中心盘的一侧固定设置测量反射镜27，另一侧安装带有测球18的测杆19，测量单元用于感测敏感元件测量反射镜27的位移和二维角度。本实施例中，弹簧28采用蛇形弹簧，各道蛇形弹簧沿圆环座26的径向设置，一端与中心盘相连接，另一端利用固定螺钉25连接在圆环座26上；设置每道蛇形弹簧为扇片状，各道扇片状蛇形弹簧在圆环座26与中心盘之间构成圆环面。图1所示的测头单元是利用测头挡板21设置在探头底板14上。
本实施例中，如图1、图2和图3a、图3b所示，将迈克尔逊干涉仪中用于形成参考光束的参考反射镜1设置在二维微调座20上，通过调整二维微调座20，使参考反射镜1获得所需的二维偏摆角度，以此提高测量范围的要求。
具体实施中，相应的技术措施也包括：
如图4所示，二维微调座20具有上下两层圆盘体，其中一层圆盘体为工作面板3，另一层圆盘体为固定基座5，固定基座5设置在探头底板14上对应位置处的固定座10上，工作面板3为挠性结构，其中部为“十”字薄片，“十”字薄片以其远端固定连接外圈圆环，形成“十”字型柔性铰链，参考反射镜1安装在外圈圆环上；在工作面板3与固定基座5之间，利用长螺钉6在中心位置进行连接，在呈“十”字分布的四个圆周位置上由压电陶瓷4相连接；四只压电陶瓷4与“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上，呈“十”字对称分布，且在“十”字对称位置上两两组对，利用对称位置上的一对压电陶瓷实现对工作面板3在相应方向上的偏摆调整。
如图4所示，设置一转接环2，在转接环2的内环壁上设有内环凹槽，参考反射镜1嵌装在转接环2的内环凹槽中，在工作面板3的外圈圆环上，呈“十”字分布有四个连接凸台，转接环2利用连接凸台以点接触的形式固定设置在工作面板3上，连接凸台与工作面板3中的“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上。当工作面板3被压电陶瓷4驱动发生角度偏转时，点接触可以减小转接环2内的参考镜1因受力产生的面内变形。
本实施例中微纳米三维接触式测量探头的控制方法是：针对探头进行水平方向上的测量，利用二维角度传感器实时检测获得测量反射镜27的实际偏转角度，将实际偏转角度的信号传递到控制系统22，由控制系统22中压电驱动放大电路23进行信号放大，并以控制信号电路24输出驱动电压，为处在对称位置上的一对压电陶瓷4施加相应的控制电压，调整压电陶瓷的伸长量进而调整参考反射镜1的偏转角度，实现迈克尔逊干涉仪中参考反射镜1对测量反射镜27的偏转角度的实时跟随，以保证迈克尔逊干涉仪能够在测量光束与参考光束之间产生干涉，由此提高探头的测量范围。并且参考镜在改变偏摆角度的过程中不发生水平向的位移，保证了探头的测量精度。
具体实施中，在改变压电陶瓷伸长量用于实现调整时，针对可能存在的压电陶瓷位置分布不对称所产生的耦合，由式(1)所表征的根据各压电陶瓷的位置分布所建立的数学模型实现解耦：
Figure GDA0002805632900000061
并有式(2)、式(3)和式(4)：
k2·ΔU2＝k1·ΔU1 (2)
k4·ΔU4＝k3·ΔU3 (3)
Figure GDA0002805632900000062
Figure GDA0002805632900000063
式(2)和式(3)表征了要保证对称方向分布的压电陶瓷加的电压使压电陶瓷的变形量一致，在调整参考反射镜的偏摆角度时，参考反射镜的中心不会发生位移变化，因此不致影响探头竖直向的输出信号，由此保证微纳米三维接触扫描探头的测量精度。
因处在微米级的z'1及z'2的值较之处在毫米级的x1、x2、y1及y2的值小很多，因此，将式(5)中的
Figure GDA0002805632900000071
的值近似为零；故有：
Figure GDA0002805632900000072
Figure GDA0002805632900000073
Figure GDA0002805632900000074
式(4)中各坐标值所在的坐标系为：以固定基座5的平面为XOY面，固定基座5的中心点为原点O，固定基座5上用于安装各压电陶瓷的安装孔的中心点分别为A点、B点、C点和D点，A点和B点处在原点O的对称两侧，C点和D点处在原点O的对称两侧；固定基座5上沿OA方向为X轴方向，垂直于OA的方向为Y轴方向，Z轴方向垂直于固定基座5的平面，Z轴方向与压电陶瓷的伸长方向相一致。
A点、B点、C点和D点各位置一一对应第一、第二、第三和第四压电陶瓷，第一到第四压电陶瓷与参考反射镜1相连接的顶点位置一一对应为A′点、B′点、C′点和D′点，各点在坐标系中的坐标分别表示为：
A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、D(x4,y4,z4)；
A′(x′1,y′1,z′1)、B′(x′2,y′2,z′2)、C′(x′3,y′3,z′3)、D′(x′4,y′4,z′4)；
z1～z4均为0，z1'～z4'一一对应为第一到第四各压电陶瓷自身长度与压电陶瓷通电伸长量之和，z1'～z4'的量值为微米级，x1'＝x1，x'2＝x2，x3'＝x3，x4'＝x4，y1'＝y1，y′2＝y2，y′3＝y3，y′4＝y4；各点在X轴和Y轴上坐标值为毫米级。
当参考反射镜绕Y轴旋转时，α为所需调整角度，β为耦合角；
当参考反射镜绕X轴旋转时，β为所需调整角度，α为耦合角；
ΔU1～ΔU4是在初始电压的基础上，一一对应施加在第一到第四的各压电陶瓷上的电压增量；初始电压是施加在四只压电陶瓷上以获得初始伸长量的电压值；
ΔU1和ΔU2用于差动调节第一和第二压电陶瓷的伸长量；
ΔU3和ΔU4用于差动调节第三和第四压电陶瓷的伸长量；
γ为线段A′B′在XOY面的投影与Y轴的夹角，也是线段AB与Y轴的夹角；
θ为线段C′D′在XOY面的投影与X轴的夹角，也是线段CD与X轴的夹角；
并有：
利用三坐标测量机测量获得固定基座的圆心位置，以其作为坐标原点O；
利用三坐标测量机测量获得A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)各坐标值；
利用坐标值A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)计算获得γ的值；
利用坐标值C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)计算获得θ的值；
k1～k4一一对应为第一到第四压电陶瓷的伸长量与电压的比值。其标定方法是：向压电陶瓷施加一确定电压，使压电陶瓷产生伸长量，利用电涡流传感器测得压电陶瓷的伸长量，压电陶瓷伸长量与电压的比值即为比例系数，将比例系数近似为压电陶瓷实际伸长量与电压U的比值；压电陶瓷的非线性约为10％左右，近似做线性处理。
利用由式(1)、式(2)、式(3)和式(4)所获得的ΔU1、ΔU2、ΔU3和ΔU4一一对应控制第一到第四压电陶瓷的伸长量，实现消除耦合角的控制。
本实施方式中，四只压电陶瓷选择为：RP150/14×14/40，其标称位移量为40μm，输入电压150V；控制系统22核心芯片为：STM32F103RBT6。
原始探头的测量范围为±20μm,±20μm,±20μm，探针长度为10mm，则根据三角函数计算，当探头在水平方向上移动最大行程为20μm时，测量光束的最大偏转角度为0.0899°。
将探头的测量范围扩大到±40μm,±40μm,±40μm时，测试光束最大偏转角度为0.178°，参考反射镜需要跟随偏转的角度为0.179°；压电陶瓷的最大伸缩量为38μm；设置各压电陶瓷到“十”字型柔性铰链中心的距离为6mm，当压电陶瓷通电上升到伸长范围的一半，即19μm时，最大调整角度为0.182°，可见，由压电陶瓷驱动的二维微调座的调整满足了探头扩大测量范围后的角度调节要求。
若改变压电陶瓷的选型，使用标称位移为100μm的压电陶瓷，当探头在水平方向上移动最大行程为100μm时，测量光束的最大偏转角度为0.4495°；压电陶瓷的最大伸长量为95μm；设置各压电陶瓷到“十”字型柔性铰链中心的距离为6mm，当压电陶瓷通电上升到伸长范围的一半，即47.5μm时，最大调整角度为0.455°，压电陶瓷驱动的二维微调座的调整满足了探头扩大测量范围后的角度调节要求；探头在各方向上的量程可进一步提高到±100μm。

Claims (6)

1.一种能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头，具有测量单元和测头单元；其测量单元中激光器发射的准直光在迈克尔逊干涉仪中分成两路准直光束，并一一对应形成参考光束和测试光束，在参考光束和测试光束之间产生干涉；其测头单元是在圆环座(26)与中心盘之间以弹簧(28)相连接，使中心盘在所述圆环座(26)中呈悬浮结构，在所述中心盘的一侧固定设置测量反射镜(27)，另一侧安装带有测球(18)的测杆(19)；其特征是：将所述迈克尔逊干涉仪中用于形成参考光束的参考反射镜(1)设置在二维微调座(20)上，通过调整所述二维微调座(20)，使所述参考反射镜(1)获得所需的二维偏摆角度，以此提高测量范围的要求；
所述二维微调座(20)具有上下两层圆盘体，其中一层圆盘体为工作面板(3)，另一层圆盘体为固定基座(5)，所述工作面板(3)为挠性结构，其中部为“十”字薄片，“十”字薄片以其远端固定连接外圈圆环，所述参考反射镜(1)安装在外圈圆环上；在所述工作面板(3)与固定基座(5)之间，利用长螺钉(6)在中心位置进行连接，在呈“十”字分布的四个圆周位置上由压电陶瓷(4)相连接；四只压电陶瓷(4)与“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上，呈“十”字对称分布，且在“十”字对称位置上两两组对，利用对称位置上的一对压电陶瓷实现对工作面板(3)在相应方向上的偏摆调整。
2.根据权利要求1所述的能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头，其特征是：设置一转接环(2)，在所述转接环(2)的内环壁上设有内环凹槽，所述参考反射镜(1)嵌装在转接环(2)的内环凹槽中，在所述工作面板(3)的外圈圆环上，呈“十”字分布有四个连接凸台，所述转接环(2)利用所述连接凸台以点接触的形式固定设置在工作面板(3)上，所述连接凸台与工作面板(3)中的“十”字薄片处在一一对应的圆周位置上。
3.根据权利要求1所述的能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头，其特征是：所述弹簧(28)采用蛇形弹簧，各道蛇形弹簧沿圆环座(26)的径向设置，一端与中心盘相连接，另一端利用固定螺钉(25)连接在圆环座(26)上。
4.根据权利要求3所述的能提高测量范围的微纳米三维接触式测量探头，其特征是：设置每道蛇形弹簧为扇片状，各道扇片状蛇形弹簧在圆环座(26)与中心盘之间构成圆环面。
5.一种权利要求1所述的微纳米三维接触式测量探头的控制方法，其特征是：针对探头进行水平方向上的测量，利用二维角度传感器实时检测获得测量反射镜(27)的实际偏转角度，将所述实际偏转角度的信号传递到控制系统(22)，由控制系统(22)输出驱动电压，为处在对称位置上的一对压电陶瓷(4)施加相应的控制电压，调整压电陶瓷的伸长量进而调整参考反射镜(1)的偏转角度，实现迈克尔逊干涉仪中参考反射镜(1)对测量反射镜(27)的偏转角度的实时跟随。
6.根据权利要求5所述的微纳米三维接触式测量探头的控制方法，其特征是：在改变压电陶瓷伸长量用于实现调整时，针对可能存在的压电陶瓷位置分布不对称所产生的耦合，由式(1)所表征的根据各压电陶瓷的位置分布所建立的数学模型实现解耦：
Figure FDA0002805632890000021
并有式(2)、式(3)和式(4)：
k2·ΔU2＝k1·ΔU1 (2)
k4·ΔU4＝k3·ΔU3 (3)
Figure FDA0002805632890000022
式(4)中各坐标值所在的坐标系为：以固定基座(5)的平面为XOY面，固定基座(5)的中心点为原点O，固定基座(5)上用于安装各压电陶瓷的安装孔的中心点分别为A点、B点、C点和D点，A点和B点处在原点O的对称两侧，C点和D点处在原点O的对称两侧；固定基座(5)上沿OA方向为X轴方向，垂直于OA的方向为Y轴方向，Z轴方向垂直于固定基座(5)的平面，所述Z轴方向与压电陶瓷的伸长方向相一致；
A点、B点、C点和D点各位置一一对应第一、第二、第三和第四压电陶瓷，第一到第四压电陶瓷与参考反射镜(1)相连接的顶点位置一一对应为A′点、B′点、C′点和D′点，各点坐标分别表示为：
A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、D(x4,y4,z4)；
A′(x′1,y′1,z′1)、B′(x′2,y′2,z′2)、C′(x′3,y′3,z′3)、D′(x′4,y′4,z′4)；
z1～z4均为0，z1'～z4'一一对应为第一到第四各压电陶瓷自身长度与压电陶瓷通电伸长量之和，x1'＝x1，x'2＝x2，x3'＝x3，x4'＝x4；y1'＝y1，y′2＝y2，y′3＝y3，y′4＝y4；
当参考反射镜绕Y轴旋转时，α为所需调整角度，β为耦合角；
当参考反射镜绕X轴旋转时，β为所需调整角度，α为耦合角；
ΔU1～ΔU4是在初始电压的基础上，一一对应施加在第一到第四的各压电陶瓷上的电压增量；初始电压是施加在四只压电陶瓷上以获得初始伸长量的电压值；
ΔU1和ΔU2用于差动调节第一和第二压电陶瓷的伸长量；
ΔU3和ΔU4用于差动调节第三和第四压电陶瓷的伸长量；
γ为线段A′B′在XOY面的投影与Y轴的夹角，也是线段AB与Y轴的夹角；
θ为线段C′D′在XOY面的投影与X轴的夹角，也是线段CD与X轴的夹角；
利用三坐标测量机测量获得固定基座的圆心位置，以其作为坐标原点O；
利用三坐标测量机测量获得A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)各坐标值；
利用坐标值A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)计算获得γ的值；
利用坐标值C(x3,y3,z3)和D(x4,y4,z4)计算获得θ的值；
k1～k4一一对应为第一到第四压电陶瓷的伸长量与电压的比值；
利用由式(1)、式(2)、式(3)和式(4)所获得的ΔU1、ΔU2、ΔU3和ΔU4一一对应控制第一到第四压电陶瓷的伸长量，实现消除耦合角的控制。
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