[实用新型]二维位移传感器及应用的大量程表面形貌测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于大量程表面形貌测量的二维位移传感器及应用的大量程表面形貌测量装置，属于测量装置技术领域。

背景技术

在目前广泛使用的接触式表面形貌测量仪器中使用的位移传感器多为传统的一维位移传感器，它仅能测量垂直方向上的位移，不能探测到触针在水平方向上所遇到的阻力，在测量表面形貌时存在着一定的局限性。这个局限性主要体现在：在大量程表面形貌测量中，这种一维位移传感器的测量触针遇到陡峭的轮廓表面时会由于水平方向的阻力太大而不能顺利划过轮廓表面，所以它不能测量台阶、沟槽和大曲率轮廓表面；另外，在测量过程中，触针和杠杆始终要绕杠杆支点转动，当量程增大或被测表面的起伏较大时，会不可避免地存在较大的非线性测量误差和测量力，而且量程越大非线性测量误差和测量力就越大。因此，采用传统一维位移传感器的测量仪器的触针不能顺利划过陡峭的表面，也无法很好地同时兼顾测量精度与量程。

发明内容

本实用新型的目的在于：提供一种测量触针能顺利划过陡峭的表面，因此能对各种复杂表面进行大量程和高精度测量的二维位移传感器及应用的大量程表面形貌测量装置，以克服现有技术的不足。

本实用新型的二维位移传感器，它包括固定支架(1)，在固定支架(1)上通过平行簧片(2)连接有可动支架(3)，固定支架(1)和可动支架(3)之间安装有水平位移传感器(11)，可动支架(3)上安装杠杆支点(4)，杠杆支点(4)上安装杠杆(5)，杠杆(5)的一端固定触针(6)，杠杆(5)的另一端与可动支架(3)之间安装有垂直位移传感器(8)  。

上述的二维位移传感器，垂直位移传感器(8)的构造包括磁芯(9)和电感线圈(10)，磁芯(9)固定在杠杆(5)的右端，电感线圈(10)固定在可动支架(3)上，磁芯(9)置于电感线圈(10)内。

上述的二维位移传感器，水平位移传感器(11)的构造包括磁芯(12)和电感线圈(13)，磁芯(12)固定在固定支架(1)上，电感线圈(13)固定在可动支架(3)上，磁芯((12)置于电感线圈(13)内。

上述的二维位移传感器，在可动支架(3)与杠杆(5)之间安装有弹簧(7)。

本实用新型的应用二维位移传感器的大量程表面形貌测量装置，二维位移传感器(14)安装在立柱(25)上，立柱(25)固定在底座(19)上，在底座(19)上设有可水平和垂直移动的垂直扫描工作台(23)，垂直扫描工作台(23)上放置工件(24)；二维位移传感器(14)、垂直扫描工作台(23)通过测控电路(16)连接计算机(15)。

本实用新型的应用二维位移传感器的大量程表面形貌测量装置，垂直扫描工作台(23)的构造包括X-Y工作台(18)、斜面机构(20)、压电陶瓷驱动器(21)和工作台(17)；带电机的斜面机构(20)安装在X-Y工作台(18)上，斜面机构(20)上方设有压电陶瓷驱动器(21)，压电陶瓷驱动器(21)上方为工作台(17)，在压电陶瓷驱动器(21)上设有衍射光栅位移传感器(22)。

本实用新型的二维位移传感器，是由主传感器(垂直位移传感器)和辅助传感器(水平位移传感器)通过活动的平行簧片结构(固定支架、可动支架及将它们联接在一起的平行簧片)组合而成的，在主传感器测量触针垂直方向的位移的同时，辅助传感器(水平位移传感器)可以检测出触针的水平偏移，在测量过程中，当触针碰到陡峭轮廓表面时，水平方向的阻力会引起辅助传感器发生电感零位偏移，如果这个零位偏移量超过一个的设定值，垂直扫描工作台就会下降，直到触针的偏移量小于设定值，从而使触针在每一个采样间隔中都能顺利地划过陡峭轮廓表面。这样就减少了由于杠杆偏离平衡位置而带来的测量原理误差；另外，传感器电感的零位偏移量总是回复到零位设定值之内，传感器电感总是工作在零位附近的线性区中，从而大大减小了电感偏离零位所带来的非线性误差。因而可以对各种复杂表面轮廓进行测量，具有更多的测量参数。同现有技术相比，本实用新型具有能够使触针顺利划过陡峭轮廓表面，对各种复杂表面进行大量程和高精度测量，测量误差小等优点，适合于各种复杂表面轮廓的测量。

附图说明

附图1为本实用新型二维位移传感器的结构示意图；

附图2为本实用新型大量程表面形貌测量装置的结构示意图；