[发明专利]基于隧道电流反馈瞄准的小盲孔测量方法及测量装置

权利要求书

1.一种基于隧道电流反馈瞄准的小孔径深盲孔测量方法，其特征在于该测量方法的步骤如下：

第1、将隧道电流反馈探针夹持器固定在电动回转台下方，该电动回转台用x向和y向电动平移台支撑，x向和y向电动平移台通过支架由扫描隧道显微镜的三个电动升降柱支撑；

第2、用光学显微镜标定探针针尖位置随回转角变化的关系后，将待测零件固定在扫描隧道显微镜的三维压电平移台上；

第3、将隧道电流反馈探针插入待测零件的小孔径深盲孔中，分别通过对第一步所述的三个电动升降柱、xy电动平移台、电动回转台以及第二步所述的三维压电平移台的调整，实现对隧道电流反馈探针的3维姿态调整和3维平移调节；当隧道电流反馈探针针尖靠近待测表面，使所述针尖与待测表面上最接近的原子之间的距离接近1nm时，产生明显的隧道电流，将隧道电流控制在1nA以下，此时所述针尖的坐标即可作为待测表面上对应该测量点的坐标；

第4、重复上述第三步操作，即可得到所需各测量点的坐标值；

第5、根据测量要求，通过对第四步得到的各测量点的坐标值的分析计算，就能够计算出待测零件的小孔径深盲孔的直径、圆度、锥度、直线度；

第6、扫描测量待测表面的微观结构，计算表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第3步所述隧道电流反馈探针的调整中，对水平面内任一方向的调整步骤如下：

第3.1、首先让三维压电平移台沿指定方向正向移动，当三维压电平移台沿该方向调节到满行程时，仍然没有检测到隧道电流，则隧道电流反馈探针没有找到待测表面，则反向调节三维压电平移台到最小位置；

第3.2、用xy电动平移台正向平移隧道电流反馈探针，移动量即步长为接近三维压电平移台的最大行程，再用三维压电平移台继续正向搜索待测表面，这样，两个同方向的平移台交替工作直至检测到隧道电流，即找到待测表面，实现纳米级分辨率的定位。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第4步各测量点的确定方法如下：

第4.1、将待测零件的小孔径深盲孔沿径向分成6个扇面，沿轴向分成5-10个深度，进行分组测量；

第4.2、在同一扇面内，各测量点按照弧长等分的原则确定；

第4.3、不同测量扇面相互独立，使用各自的坐标系进行测量，根据标定针尖位置随回转角变化的关系确定各坐标系之间的关系，并将所有测量值换算到同一坐标系中。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第5步所述分析计算的方法如下：

第5.1、对于同一深度的数据，其z坐标相同，将本组坐标拟合成圆周曲线，计算该圆周曲线的圆心坐标和半径；

第5.2、用小孔两端的直径计算孔的锥度；

第5.4、计算各深度的圆心坐标，并将这些坐标随深度变化的曲线拟合成直线，用各圆心到该直线距离的最大值衡量小孔的直线度误差；

第5.5、从相同z坐标的各测量点中找出测量点到拟合圆圆心距离的最大值为圆度误差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于第5步所述表面粗糙度的计算方法如下：

第5.6、按国家标准确定取样面积，用三维压电平移台带动待测工件，根据预先设定隧道电流测量待测表面的微观起伏；

第5.7、根据权利要求4第5.1步方法计算的拟合圆周直径，将基于平面的微观起伏换算成基于柱面的微观起伏；

第5.8、按国家标准计算待测表面的表面粗糙度。

6.一种用于实现权利要求1所述方法的测量装置，其特征在于该装置包括扫描隧道显微镜、支架、xy电动平移台和电动回转台；待测零件安装在扫描隧道显微镜的三维压电平移台上，扫描隧道显微镜基座上设置的三个电动升降柱的上端固定有一个支架，支架上安装x向电动平移台和y向电动平移台，x向和y向电动平移台上安装有电动回转台，隧道电流反馈探针通过探针夹持器固定在电动回转台上；所述的电动平移台和回转台均为通用的光学实验调整台，探针夹持器采用扫描隧道显微镜上的原装件。