一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，屬于測量【技術領域】。本實用新型包括激光多普勒測振儀、數據傳輸線、數據采集器、電動載物臺控制器、固有針尖的微懸臂、微懸臂固定桿、電動載物臺、電動載物臺固定座、工業控制計算機、激光多普勒測振儀固定架、底座。本實用新型既可以進行較大位移的運動，實現較大表面尺寸的檢測，又可以進行微小位移的運動，實現小表面尺寸的檢測，能滿足不同精度測量的要求，達到了精度提高、操作簡單與價格合理的應用要求。
【專利說明】一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，應用于物品的表面形貌的檢測，屬于測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著微細加工技術的出現和微納米技術的不斷發展，超精細檢測技術得到世界各國的普遍重視和廣泛應用，它與微機械、光盤技術、半導體材料與器件等有著密切的聯系。表面形貌對于表面特性，如摩擦、磨損、潤滑、疲勞等，以及表面的劃痕、磨損等具有重要的影響。例如在微電路制作過程中反復出現的掩模結構表面，通過多次套刻與刻蝕方法制作的二元光學元件表面以及通過微機械加工技術制作的微機械結構表面。微結構由于是由微觀結構單元組成的三維復雜結構，其測量一般都需要借助直接的或間接的顯微放大，要求有較高的橫向分辨率和縱向分辨率。與平滑表面的測量不同，微結構表面的測量不僅要測量表面的粗糙度或瑕疵，還要測量表面的輪廓、形狀偏差和位置偏差。因此微結構表面的測量相對而言是比較困難的。由于近年來激光多普勒測振技術的飛速發展，激光多普勒測振儀的價格有了很大的下降，同時在測量的精度上有了很大提高，市面上出售的設備都能夠對低頻振動進行檢測，振幅測量也達到了納米量級。另一方面，電路技術和自動控制技術的發展，使得計算機控制機械的微運動也有了巨大的突破。目前普遍采用的表面形貌檢測裝置的結構和操作相對復雜，樣品表面尺寸的檢測范圍有限，通常對操作人員的操作要求也比較高，其價格也比較昂貴，而價格便宜的設備往往又存在精度上的問題。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是:本實用新型提供了一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，用于解決目前表面形貌檢測裝置結構和操作相對復雜、難以實現較大表面尺寸的檢測的問題，以及在滿足測量精度的同時又降低設備價格的難題。
[0004]本實用新型技術方案是:一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，包括激光多普勒測振儀1、數據傳輸線2、數據采集器3、電動載物臺控制器4、固有針尖的微懸臂5、微懸臂固定桿6、電動載物臺7、電動載物臺固定座8、工業控制計算機9、激光多普勒測振儀固定架10、底座11 ;所述激光多普勒測振儀固定架10和微懸臂固定桿6均固定在底座11上，電動載物臺7固定在電動載物臺固定座8上可整體移動，固有針尖的微懸臂5固定在微懸臂固定桿6上，激光多普勒測振儀I安裝在激光多普勒測振儀固定架10上，激光多普勒測振儀I可以拆卸，激光多普勒測振儀I通過數據傳輸線2與數據采集器3相連接，數據采集器3通過數據傳輸線2連接到工業控制計算機9用于將測得的數據傳輸給工業控制計算機9，電動載物臺7通過數據傳輸線2與電動載物臺控制器4相連接，電動載物臺控制器4通過數據傳輸線2連接到工業控制計算機9用于驅動電動載物臺7接近固有針尖的微懸臂5。
[0005]所述微懸臂固定桿6、激光多普勒測振儀固定架10高度可以微距離調節。[0006]本實用新型的工作原理是:在工業控制計算機9上裝有與電動載物臺7 (如GCD104050M電動平移臺)配套的電動載物臺運動用戶操作界面，用戶根據檢測需要輸入電動載物臺7的移動參數，工業控制計算機9將用戶輸入的電動載物臺7的移動參數通過數據傳輸線2傳輸給電動載物臺控制器4 (如GCD0301M電動臺控制器)，電動載物臺控制器4驅動電動載物臺7的升降，使得電動載物臺7 “無限”靠近固有針尖的微懸臂5的針尖，直到微懸臂在針尖和被測樣品之間產生力的作用下發生微小位移，激光多普勒測振儀I探測到這個位移后，將這個位移轉變為電信號，并通過數據采集器3和數據傳輸線2把電信號傳輸給工業控制計算機9，工業控制計算機9通過電動載物臺運動用戶操作界面將數據送給電動載物臺控制器4，電動載物臺控制器4給出控制信號停止電動載物臺的上升運動。此后電動載物臺控制器4轉而控制電動載物臺7的水平運動，電動載物臺7在水平面上運動時，既可以進行較大位移的運動，實現較大表面尺寸的檢測，又可以進行微小位移的運動，實現小表面尺寸的運動，以滿足不同精度測量的要求，在電動載物臺7的水平運動中，由于樣品表面的結構和粗糙程度的不同，針尖和樣品表面之間作用力的大小不同，從而固有針尖微懸臂5起伏運動的幅度不一樣，因此可以將固有針尖微懸臂5看成一種“振動”，激光多普勒測振儀I通過數據采集器3對這種“振動”進行數據采集，將采集的數據進行圖像重構，從而實現表面形貌的檢測。
[0007]本實用新型的有益效果是:本實用新型首先克服了目前表面形貌檢測裝置結構和操作相對復雜、難以實現較大表面尺寸的檢測的問題，既可以進行較大位移的運動，實現較大表面尺寸的檢測，又可以進行微小位移的運動，實現小表面尺寸的檢測，因而可以滿足不同精度測量的要求，其次，由于近年來激光多普勒測振技術的飛速發展，激光多普勒測振儀的價格有了很大的下降，同時在測量的精度上有了很大提高，市面上出售的設備都能夠對低頻振動進行檢測，振幅測量也達到了納米量級，因此可以在滿足測量精度的同時又降低設備價格的現實要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的結構原理示意圖。
[0009]圖1中各標號:1_激光多普勒測振儀，2-數據傳輸線，3-數據采集器，4-電動載物臺控制器，5-固有針尖的微懸臂，6-微懸臂固定桿，7-電動載物臺，8-電動載物臺固定座，9-工業控制計算機，10-激光多普勒測振儀固定架，11-底座。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明。
[0011]實施例1:如圖1所示，一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，包括激光多普勒測振儀1、數據傳輸線2、數據采集器3、電動載物臺控制器4、固有針尖的微懸臂5、微懸臂固定桿6、電動載物臺7、電動載物臺固定座8、工業控制計算機9、激光多普勒測振儀固定架10、底座11 ;所述激光多普勒測振儀固定架10和微懸臂固定桿6均固定在底座11上，電動載物臺7固定在電動載物臺固定座8上可整體移動，固有針尖的微懸臂5固定在微懸臂固定桿6上，激光多普勒測振儀I安裝在激光多普勒測振儀固定架10上，激光多普勒測振儀I可以拆卸，激光多普勒測振儀I通過數據傳輸線2與數據采集器3相連接，數據采集器3通過數據傳輸線2連接到工業控制計算機9用于將測得的數據傳輸給工業控制計算機9，電動載物臺7通過數據傳輸線2與電動載物臺控制器4相連接，電動載物臺控制器4通過數據傳輸線2連接到工業控制計算機9用于驅動電動載物臺7接近固有針尖的微懸臂5。
[0012]所述微懸臂固定桿6、激光多普勒測振儀固定架10高度可以微距離調節。
[0013]使用時，在安裝好激光多普勒測振儀I和固有針尖的微懸臂5后，調整好激光多普勒測振儀I和固有針尖的微懸臂5之間的距離，讓激光多普勒測振儀I發出的激光對準固有針尖的微懸臂5上針尖背面的中心點；將電動載物臺固定座8移動到合適位置，使針尖尖端對準電動載物臺7上被測樣品；用戶根據檢測需要輸入電動載物臺7的移動參數，工業控制計算機9將用戶輸入的電動載物臺7的移動參數通過數據傳輸線2傳輸給電動載物臺控制器4 (如GCD0301M電動臺控制器)，電動載物臺控制器4驅動電動載物臺7的升降，使得電動載物臺7 “無限”靠近固有針尖的微懸臂5的針尖，直到微懸臂在針尖和被測樣品之間產生力的作用下發生微小位移，激光多普勒測振儀I探測到這個位移后，將這個位移轉變為電信號，并通過數據采集器3和數據傳輸線2把電信號傳輸給工業控制計算機9，工業控制計算機9通過電動載物臺運動的用戶操作界面將數據送給電動載物臺控制器4，電動載物臺控制器4給出控制信號停止電動載物臺的上升運動。此后電動載物臺控制器4轉而控制電動載物臺7的水平運動，隨著安裝在電動載物臺7上樣品的移動，針尖與樣品表面的微結構產生作用力，使得固有針尖的微懸臂5在力的作用下形成“振動”，激光多普勒測振儀I對這種振動進行檢測，激光多普勒測振儀I通過數據采集器3對這種“振動”進行數據采集，并將采集的數據通過數據傳輸線2傳給工業控制計算機9，將采集的數據進行圖像重構，從而實現表面形貌的檢測。
[0014]上面結合附圖對本實用新型的具體實施例作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，其特征在于:包括激光多普勒測振儀(I)、數據傳輸線(2)、數據采集器(3)、電動載物臺控制器(4)、固有針尖的微懸臂(5)、微懸臂固定桿(6 )、電動載物臺(7 )、電動載物臺固定座(8 )、工業控制計算機(9 )、激光多普勒測振儀固定架(10)、底座(11);所述激光多普勒測振儀固定架(10)和微懸臂固定桿(6)均固定在底座(11)上，電動載物臺(7 )固定在電動載物臺固定座(8 )上可整體移動，固有針尖的微懸臂(5)固定在微懸臂固定桿(6)上，激光多普勒測振儀(I)安裝在激光多普勒測振儀固定架(10)上，激光多普勒測振儀(I)可以拆卸，激光多普勒測振儀(I)通過數據傳輸線(2 )與數據采集器(3 )相連接，數據采集器(3 )通過數據傳輸線(2 )連接到工業控制計算機(9)用于將測得的數據傳輸給工業控制計算機(9)，電動載物臺(7)通過數據傳輸線(2)與電動載物臺控制器(4)相連接，電動載物臺控制器(4)通過數據傳輸線(2)連接到工業控制計算機(9 )用于驅動電動載物臺(7 )接近固有針尖的微懸臂(5 )。
2.根據權利要求1所述的利用多普勒測振原理測量表面形貌的裝置，其特征在于:所述微懸臂固定桿(6)、激光多普勒測振儀固定架(10)高度可以微距離調節。
【文檔編號】G01B11/30GK203811148SQ201420119775
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】劉志強, 宋慶和, 李迅鵬, 曾春華, 樓宇麗, 桂進斌 申請人:昆明理工大學