[发明专利]一种新型悬丝式可变刚度微纳测头

说明书

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系统的重复精度，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。