石英音叉三维谐振触发定位系统

作     者：余惠娟 黄强先 李志渤 史科迪 程真英 Yu Huijuan;Huang Qiangxian;Li Zhibo;Shi Kedi;Chen Zhenying

作者机构：合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 

出 版 物：《仪器仪表学报》 (Chinese Journal of Scientific Instrument)

年 卷 期：2013年第34卷第10期

页      面：2351-2357页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51175141) 教育部博士点基金(20100111110011)资助项目 

主　　题：触发定位 石英音叉 谐振特性 三维谐振触发测头 纳米 三维谐振触发定位系统 

摘      要：为实现对微器件等三维测量时在三维方向上任意单点的高精度触发定位,提出一种新型三维谐振触发定位系统。以石英音叉作为微力传感器,与一体式光纤微测杆测球相结合,利用其谐振参数(谐振振幅、谐振频率/谐振相位)对微力的高敏感性构建三维谐振触发测头。将该测头与三维纳米定位台、反馈控制模块、信号处理电路结合,分别构成完整的振幅反馈和相位反馈三维谐振触发定位系统。工作时驱动石英音叉测头处于谐振状态,检测顶端测球与试样表面接触微力引起的振幅变化或频率变化。测头顶端测球与试样表面在Z向以轻敲模式接触,在X、Y向以摩擦模式接触。实验结果显示:系统在X、Y、Z 3个方向的触发分辨力分别达到0.17 nm、0.20 nm、0.18 nm;三维重复性误差分别达到37.0 nm、70.6 nm、41.0 nm。实验结果验证了提出的三维谐振触发定位系统纳米量级精确定位的可行性和有效性。