一种新型悬丝式可变刚度微纳测头制造技术

本发明专利技术一种新型悬丝式可变刚度微纳测头包括：测头、测杆、中间体、电容上极板、电容下极板、悬丝、柔性机构、压电驱动装置、基座、动平台、电容数字转换装置、PC机。所述测杆安装在中间体中心；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；所述基座固定于动平台；所述中间体上表面均布四个电容下极板；所述压电驱动装置固定于柔性机构和基座之间。本发明专利技术通过压电驱动装置的压电效应，驱动柔性机构发生形变，改变悬丝的张紧程度，进而改变测杆支撑机构的刚度，以满足测量过程变刚度的要求。

A new type of suspensions variable stiffness micro nano probe

A new type of cantilever type variable stiffness micro nano measuring head consists of a head, a pole, an intermediate, a capacitor top plate, a capacitor plate, a suspension wire, a flexible mechanism, a piezoelectric driving device, a base, a moving platform, a capacitance digital conversion device, and a PC. The pole is installed at the center of the intermediate; the intermediate is fixed to the center of the moving platform by hanging wire, the wire is connected with the intermediate and the other end is connected with the flexible mechanism, the base is fixed on the moving platform, and the upper surface of the intermediate is covered with four capacitor plates, and the piezoelectric actuation device is fixed to a flexible mechanism and a base. Between the seats. Through the piezoelectric effect of the piezoelectric driving device, the invention drives the deformation of the flexible mechanism, changes the tensioning degree of the wire, and then changes the stiffness of the pole supporting mechanism to meet the requirement of the variable stiffness of the measuring process.

【技术实现步骤摘要】
一种新型悬丝式可变刚度微纳测头
本专利技术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。
技术介绍
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
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。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术公开了一种新型悬丝式可变刚度微纳测头。本专利技术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，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术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是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术测头、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，对本专利技术做进一步说明：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。本专利技术新型悬丝式变刚度微纳测头的支撑机构包括中间体3、悬丝6、柔性机构7。本专利技术利用压电驱动装置8的压电效应，驱动柔性机构7发生形变，改变悬丝6的张紧程度，进而改变测杆支撑结构的刚度。具体工作过程：当微纳测头装置开始工作且未接触待测元件时，压电驱动装置8工作，测杆支撑结构的刚度变大，测头1响应速度增加，同时能够降低装置测量过程中由于惯性产生的误触发；当测头1接触待测元件时，压电驱动装置8不工作，测杆支撑结构的刚度变小，降低测头1与工件的接触力，避免由于测度刚度过大而对测量元件的划伤甚至破坏；当测头1离开待测元作时，压电驱动装置8工作，测杆支撑结构的刚度变大，能克服测头1与待测元件之间的范德华力，同时增加测头1的动态响应特性。本专利技术可根据待测量元件的材料特性和测头测量时的工作过程，通过更改压电驱动装置8的电压，得到适应待测元件的测头支撑机构的刚度，满足测量过程变刚度的要求。以上所述为本专利技术的实施方式，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，可以做出适当的改进，均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，其特征在于：它包括测头(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)。所述测头(1)和测杆(2)为一体式结构；所述测杆(2)安装在中间体(3)中心；所述中间体(3)通过悬丝(6)固定于动平台(11)中心；所述悬丝(6)一端连接中间体(3)，另一端连接柔性机构(7)；所述基座(9)固定于动平台(11)上；所述压电驱动装置(8)固定于柔性机构(7)和基座(9)之间；所述中间体(3)上表面均布四个电容下极板。

【技术特征摘要】
1.一种新型悬丝式可变刚度微纳测头，其特征在于：它包括测头(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)。所述测头(1)和测杆(2)为一体式结构；所述测杆(2)安装在中间体(3)中心；所述中间体(3)通过悬丝(6)固定于动平台(11)中心；所述悬丝(6)一端连接中间体(3)，另一端连接柔性机构(7)；所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，李保坤，吴耀东，刘坤，于亚运，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34