[发明专利]一种电磁控制的接触式变刚度微纳米测头

说明书

本发明涉及一种电磁控制的接触式变刚度微纳米测头，该测头包括敏感弹性梁、伪等边三角形连接体、“C”型框架、圆柱形永磁体、圆柱形线圈，所述敏感弹性梁的内端与伪等边三角形连接体的短边连接，梁的外端与圆环形支架内边连接，梁的上下表面贴合有传感器，所述伪等边三角形连接体的中心与阶梯测杆的尾端固定，连接体的长边与刚性横梁连接，所述“C”型框架内侧对称安装有圆柱形线圈，所述圆柱形永磁体与刚性横直梁连接，圆柱形永磁体和圆柱形线圈组成电磁控制部分。本发明通过设置电磁控制部分，可以实现测头系统的刚度调节，有助于减少测头惯性力带来的误触发和范德华力带来的潜在破坏，该系统结构简单控制方便实用性好。

技术领域

本发明涉及一种精密测头，具体为一种电磁控制的接触式变刚度微纳米测头。

背景技术

MEMS技术的快速发展，出现了许多微型器件，这些器件的表面特征尺度通常在微米级别，甚至纳米级别。电磁式变刚度微纳米测头在测量工件微型表面形貌时，阶梯测杆顶部的测球与被测工件表面接触，接触力沿测杆作用到中心体，使其位姿改变，从而与中心体相连的敏感梁产生微小的变形，触发敏感梁上的应变传感器，并通过相应的转换电路记录此测点的坐标值。目前接触式微纳米测头采用固定刚度，存在以下的一些已知问题：1、测头的刚度固定，几乎无法达到各项同性；2、若测头刚度较大，在测量过程中容易划伤被测工件表面3、若测头刚度太小，测头的动态响应变慢，谐振频率低，稳定性差；4、测头在快速接近或远离被测工件时产生的惯性力可能会带来误触发；5、测球与工件之间的范德华力会对测头的悬挂系统产生潜在的破坏；6、现有的压杆型变刚度测头，易发生测杆中心偏移。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种电磁控制的接触式变刚度微纳米测头。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电磁控制的接触式变刚度微纳米测头，包括敏感弹性梁、伪等边三角形连接体、“C”型框架、圆柱形永磁体、圆柱形线圈、圆环形支架、圆柱形底座、阶梯测杆、应变传感器。所述圆柱形底座上端面通过螺栓安装有圆环形支架，所述“C”型框架围绕圆柱形底座的中心均布，“C”型框架端部内侧对称安装有圆柱形线圈，所述圆柱形永磁体通过刚性横直梁与伪三角形连接体的长边连接，圆柱形永磁体位于两个圆柱形线圈之间对称位置且互不接触，且圆柱形永磁体的两端磁极分别与上下两个线圈同极相对。所述敏感弹性梁的内端固定于伪等边三角形连接体的三个短边，敏感弹性梁的外端固定于圆环形支架内边，所述应变传感器贴合于敏感弹性梁的上下表面，所述伪等边三角形连接体的中心与阶梯测杆的尾端固定，伪等边三角形连接体的长边与刚性横梁连接。

作为本发明的优选技术方案，所述圆柱型底座与圆环形支架通过三个螺栓连接在一起，圆环形支架内边设有三个绕中心点均匀分布的敏感弹性梁。

作为本发明的优选技术方案，所述敏感弹性梁上表面与伪等边三角形连接体上表面重合，在梁的上下表面贴有应变传感器，应变传感器与信号放大电路连接，放大电路与数据采集器连接，数据采集器与电脑连接。

作为本发明的优选技术方案，所述阶梯测杆焊接于伪等边三角形连接体的中心上面，所述测球设于阶梯测杆的上端。

作为本发明的优选技术方案，所述“C”型框架围绕圆柱形底座的中心均布，“C”型框架端部内侧安装的圆柱形线圈可以通电，对称安装且互不接触。

作为本发明的优选技术方案，所述圆柱形永磁体的半径略小于圆柱形线圈的半径，位于两个圆柱形线圈的对称中心面，且留有足够的间隙以保证圆柱形永磁体的位移空间，圆柱形永磁体与刚性横直梁连接，刚性横直梁和伪等边三角形连接体的长边连接，刚性横直梁和伪等边三角形连接体的厚度相同。