[发明专利]便携式轮廓仪及轮廓扫描显微镜和系统

权利要求书

1.一种便携式轮廓仪，其特征在于，包括：

三轴压电陶瓷扫描管，包括X方向、Y方向和Z方向压电陶瓷驱动器，且所述X方向、Y方向和Z方向相互正交；每一所述压电陶瓷驱动器包括柔性放大机构、安装在所述柔性放大机构上的压电陶瓷、及经由所述压电陶瓷引出的驱动电压输入端，所述柔性放大机构具有固定端和运动端，所述柔性放大机构被设置为使得所述运动端产生对压电陶瓷的变形进行放大的直线位移；所述X方向压电陶瓷驱动器的固定端与固定底板固定连接，且所述X方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿X方向产生直线位移的方位上设置；所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端与所述X方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接，且所述Y方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿Y方向产生直线位移的方位上设置；所述Z方向压电陶瓷驱动器的固定端与所述Y方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接，且所述Z方向压电陶瓷驱动器在使得对应运动端沿Z方向产生直线位移的方位上设置；以及，

电容差分传感器，包括差分信号输出端、接地端、目标件、探针和两个感应件，所述目标件与所述接地端连接，所述探针沿所述Z方向与所述目标件固定连接，以向所述目标件传递作用力；所述两个感应件与所述差分信号输出端对应连接，且各自与所述目标件组成一个单极电容；所述电容差分传感器被设置为：两个单极电容的极板间距根据所述作用力产生大小相等、方向相反的变化，以经由所述差分信号输出端输出差分信号；所述两个感应件与所述Z方向压电陶瓷驱动器的运动端固定连接。

2.根据权利要求1所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端通过转接板与所述X方向压电陶瓷的运动端固定连接，且所述转接板被设置为：使得所述Y方向压电陶瓷驱动器的固定端相对所述X方向压电陶瓷驱动器的运动端偏转90度。

3.根据权利要求1所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述柔性放大机构设置有两个承接板，所述压电陶瓷的一端支撑、并固定连接在一个承接板上，所述压电陶瓷的另一端支撑在另一个承接板上、且与所述另一个承接板的端面在自身的变形方向上相抵。

4.根据权利要求1所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述柔性放大机构的固定端和运动端的等效长度相等，所述柔性放大机构还包括等效长度相等的四个连接臂和等效长度相等的两个连接端，第一个连接臂通过柔性铰链连接在第一个连接端与运动端之间，第二个连接臂通过柔性铰链连接在第二个连接端与运动端之间，第三个连接臂通过柔性铰链连接在第二个连接端与固定端之间，第四个连接臂通过柔性铰链连接在第一个连接端与固定端之间；所述压电陶瓷安装在所述两个连接端上，以通过压电陶瓷的伸缩改变两个连接端之间的间距的结构使得所述运动端产生垂直于变形方向的直线位移。

5.根据权利要求1所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述三轴压电陶瓷扫描管安装在物镜镜筒内，所述固定底板与所述物镜镜筒固定连接，所述电容差分传感器的至少探针部分经由所述物镜镜筒向外露出。

6.根据权利要求5所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述探针在非受力的自由状态下、位于所述物镜镜筒的中心线上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述电容差分传感器还包括转动连接部，所述目标件连接在所述转动连接部上，所述转动连接部与所述两个感应件限制相对移动地固定连接，以将所述目标件、所述转动连接部和所述两个感应件连接形成一个结构整体；所述结构整体被设置为使得所述目标件在接收到所述作用力时绕所述转动连接部转动至对应的平衡位置，且所述转动使得所述两个单极电容的极板间距产生大小相等、方向相反的变化，以经由所述差分信号输出端输出差分信号。

8.根据权利要求7所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述转动连接部为弹性扭梁，所述弹性扭梁的两端与所述两个感应件相对固定，且所述目标件与所述弹性扭梁的中间段连接。

9.根据权利要求8所述的便携式轮廓仪，其特征在于，所述弹性扭梁与所述目标件一体成型。