CN203811148U - 一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，属于测量技术领域。本实用新型包括激光多普勒测振仪、数据传输线、数据采集器、电动载物台控制器、固有针尖的微悬臂、微悬臂固定杆、电动载物台、电动载物台固定座、工业控制计算机、激光多普勒测振仪固定架、底座。本实用新型既可以进行较大位移的运动，实现较大表面尺寸的检测，又可以进行微小位移的运动，实现小表面尺寸的检测，能满足不同精度测量的要求，达到了精度提高、操作简单与价格合理的应用要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，应用于物品的表面形貌的检测，属于测量技术领域。
背景技术
随着微细加工技术的出现和微纳米技术的不断发展,超精细检测技术得到世界各国的普遍重视和广泛应用,它与微机械、光盘技术、半导体材料与器件等有着密切的联系。表面形貌对于表面特性,如摩擦、磨损、润滑、疲劳等，以及表面的划痕、磨损等具有重要的影响。例如在微电路制作过程中反复出现的掩模结构表面,通过多次套刻与刻蚀方法制作的二元光学元件表面以及通过微机械加工技术制作的微机械结构表面。微结构由于是由微观结构单元组成的三维复杂结构,其测量一般都需要借助直接的或间接的显微放大,要求有较高的横向分辨率和纵向分辨率。与平滑表面的测量不同,微结构表面的测量不仅要测量表面的粗糙度或瑕疵,还要测量表面的轮廓、形状偏差和位置偏差。因此微结构表面的测量相对而言是比较困难的。由于近年来激光多普勒测振技术的飞速发展，激光多普勒测振仪的价格有了很大的下降，同时在测量的精度上有了很大提高，市面上出售的设备都能够对低频振动进行检测，振幅测量也达到了纳米量级。另一方面，电路技术和自动控制技术的发展，使得计算机控制机械的微运动也有了巨大的突破。目前普遍采用的表面形貌检测装置的结构和操作相对复杂，样品表面尺寸的检测范围有限，通常对操作人员的操作要求也比较高，其价格也比较昂贵，而价格便宜的设备往往又存在精度上的问题。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供了一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，用于解决目前表面形貌检测装置结构和操作相对复杂、难以实现较大表面尺寸的检测的问题，以及在满足测量精度的同时又降低设备价格的难题。
本实用新型技术方案是：一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，包括激光多普勒测振仪1、数据传输线2、数据采集器3、电动载物台控制器4、固有针尖的微悬臂5、微悬臂固定杆6、电动载物台7、电动载物台固定座8、工业控制计算机9、激光多普勒测振仪固定架10、底座11；所述激光多普勒测振仪固定架10和微悬臂固定杆6均固定在底座11上，电动载物台7固定在电动载物台固定座8上可整体移动，固有针尖的微悬臂5固定在微悬臂固定杆6上，激光多普勒测振仪1安装在激光多普勒测振仪固定架10上，激光多普勒测振仪1可以拆卸，激光多普勒测振仪1通过数据传输线2与数据采集器3相连接，数据采集器3通过数据传输线2连接到工业控制计算机9用于将测得的数据传输给工业控制计算机9，电动载物台7通过数据传输线2与电动载物台控制器4相连接，电动载物台控制器4通过数据传输线2连接到工业控制计算机9用于驱动电动载物台7接近固有针尖的微悬臂5。
所述微悬臂固定杆6、激光多普勒测振仪固定架10高度可以微距离调节。
本实用新型的工作原理是：在工业控制计算机9上装有与电动载物台7（如GCD104050M电动平移台）配套的电动载物台运动用户操作界面，用户根据检测需要输入电动载物台7的移动参数，工业控制计算机9将用户输入的电动载物台7的移动参数通过数据传输线2传输给电动载物台控制器4（如GCD0301M电动台控制器），电动载物台控制器4驱动电动载物台7的升降，使得电动载物台7“无限”靠近固有针尖的微悬臂5的针尖，直到微悬臂在针尖和被测样品之间产生力的作用下发生微小位移，激光多普勒测振仪1探测到这个位移后，将这个位移转变为电信号，并通过数据采集器3和数据传输线2把电信号传输给工业控制计算机9，工业控制计算机9通过电动载物台运动用户操作界面将数据送给电动载物台控制器4，电动载物台控制器4给出控制信号停止电动载物台的上升运动。此后电动载物台控制器4转而控制电动载物台7的水平运动，电动载物台7在水平面上运动时，既可以进行较大位移的运动，实现较大表面尺寸的检测，又可以进行微小位移的运动，实现小表面尺寸的运动，以满足不同精度测量的要求，在电动载物台7的水平运动中，由于样品表面的结构和粗糙程度的不同，针尖和样品表面之间作用力的大小不同，从而固有针尖微悬臂5起伏运动的幅度不一样，因此可以将固有针尖微悬臂5看成一种“振动”，激光多普勒测振仪1通过数据采集器3对这种“振动”进行数据采集，将采集的数据进行图像重构，从而实现表面形貌的检测。
本实用新型的有益效果是：本实用新型首先克服了目前表面形貌检测装置结构和操作相对复杂、难以实现较大表面尺寸的检测的问题，既可以进行较大位移的运动，实现较大表面尺寸的检测，又可以进行微小位移的运动，实现小表面尺寸的检测，因而可以满足不同精度测量的要求，其次，由于近年来激光多普勒测振技术的飞速发展，激光多普勒测振仪的价格有了很大的下降，同时在测量的精度上有了很大提高，市面上出售的设备都能够对低频振动进行检测，振幅测量也达到了纳米量级，因此可以在满足测量精度的同时又降低设备价格的现实要求。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理示意图。
图1中各标号：1-激光多普勒测振仪，2-数据传输线，3-数据采集器，4-电动载物台控制器，5-固有针尖的微悬臂，6-微悬臂固定杆，7-电动载物台，8-电动载物台固定座，9-工业控制计算机，10-激光多普勒测振仪固定架，11-底座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，包括激光多普勒测振仪1、数据传输线2、数据采集器3、电动载物台控制器4、固有针尖的微悬臂5、微悬臂固定杆6、电动载物台7、电动载物台固定座8、工业控制计算机9、激光多普勒测振仪固定架10、底座11；所述激光多普勒测振仪固定架10和微悬臂固定杆6均固定在底座11上，电动载物台7固定在电动载物台固定座8上可整体移动，固有针尖的微悬臂5固定在微悬臂固定杆6上，激光多普勒测振仪1安装在激光多普勒测振仪固定架10上，激光多普勒测振仪1可以拆卸，激光多普勒测振仪1通过数据传输线2与数据采集器3相连接，数据采集器3通过数据传输线2连接到工业控制计算机9用于将测得的数据传输给工业控制计算机9，电动载物台7通过数据传输线2与电动载物台控制器4相连接，电动载物台控制器4通过数据传输线2连接到工业控制计算机9用于驱动电动载物台7接近固有针尖的微悬臂5。
所述微悬臂固定杆6、激光多普勒测振仪固定架10高度可以微距离调节。
使用时，在安装好激光多普勒测振仪1和固有针尖的微悬臂5后，调整好激光多普勒测振仪1和固有针尖的微悬臂5之间的距离，让激光多普勒测振仪1发出的激光对准固有针尖的微悬臂5上针尖背面的中心点；将电动载物台固定座8移动到合适位置，使针尖尖端对准电动载物台7上被测样品；用户根据检测需要输入电动载物台7的移动参数，工业控制计算机9将用户输入的电动载物台7的移动参数通过数据传输线2传输给电动载物台控制器4（如GCD0301M电动台控制器），电动载物台控制器4驱动电动载物台7的升降，使得电动载物台7“无限”靠近固有针尖的微悬臂5的针尖，直到微悬臂在针尖和被测样品之间产生力的作用下发生微小位移，激光多普勒测振仪1探测到这个位移后，将这个位移转变为电信号，并通过数据采集器3和数据传输线2把电信号传输给工业控制计算机9，工业控制计算机9通过电动载物台运动的用户操作界面将数据送给电动载物台控制器4，电动载物台控制器4给出控制信号停止电动载物台的上升运动。此后电动载物台控制器4转而控制电动载物台7的水平运动，随着安装在电动载物台7上样品的移动，针尖与样品表面的微结构产生作用力，使得固有针尖的微悬臂5在力的作用下形成“振动”，激光多普勒测振仪1对这种振动进行检测，激光多普勒测振仪1通过数据采集器3对这种“振动”进行数据采集，并将采集的数据通过数据传输线2传给工业控制计算机9，将采集的数据进行图像重构，从而实现表面形貌的检测。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，其特征在于：包括激光多普勒测振仪（1）、数据传输线（2）、数据采集器（3）、电动载物台控制器（4）、固有针尖的微悬臂（5）、微悬臂固定杆（6）、电动载物台（7）、电动载物台固定座（8）、工业控制计算机（9）、激光多普勒测振仪固定架（10）、底座（11）；所述激光多普勒测振仪固定架（10）和微悬臂固定杆（6）均固定在底座（11）上，电动载物台（7）固定在电动载物台固定座（8）上可整体移动，固有针尖的微悬臂（5）固定在微悬臂固定杆（6）上，激光多普勒测振仪（1）安装在激光多普勒测振仪固定架（10）上，激光多普勒测振仪（1）可以拆卸，激光多普勒测振仪（1）通过数据传输线（2）与数据采集器（3）相连接，数据采集器（3）通过数据传输线（2）连接到工业控制计算机（9）用于将测得的数据传输给工业控制计算机（9），电动载物台（7）通过数据传输线（2）与电动载物台控制器（4）相连接，电动载物台控制器（4）通过数据传输线（2）连接到工业控制计算机（9）用于驱动电动载物台（7）接近固有针尖的微悬臂（5）。
2.根据权利要求1所述的利用多普勒测振原理测量表面形貌的装置，其特征在于：所述微悬臂固定杆（6）、激光多普勒测振仪固定架（10）高度可以微距离调节。
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