[实用新型]双端音叉三维谐振触发探头系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及微纳米测头领域，具体是一种双端音叉三维谐振触发探头系统。

背景技术

纳米测量技术是纳米科学技术的基础学科之一，超精加工和超微加工进入纳米技术的新时代，对微型光学器件、MEMS等微纳米结构的真三维测量要求达到纳米、亚纳米量级，测量力达到微牛甚至纳牛量级，但目前商用CMM测量精度不高，且所用三维测头的微探球直径较大，无法探测特征尺寸很小的微型器件。三维触发定位技术作为微纳三维测量技术的核心，纳米量级的三维触发定位分辨率是实现微器件等真三维纳米测量的基础。高分辨率对应于高灵敏度，即要求微纳米测头系统应具有较高品质因数，同时测头系统的稳定性，包括结构稳定性和测量过程稳定性，是实现有效测量的必要因素。

鉴于在数百微米至数毫米尺度间三维测量技术的空白，近年来国内外一些著名研究机构都致力于微纳米三维测量技术及微纳米三维测头的开发，取得了一定进展，目前还没有成熟的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双端音叉三维谐振触发探头系统，以解决现有技术三维测量存在的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：包括有支承架，支承架底部架面连接有两个完全相同位置对称的转接件，还包括有双端音叉，所述双端音叉由两个叉端和连接两个叉端的叉臂对构成，双端音叉的两个叉端一一对应连接在转接件底面，叉臂对中两个叉臂分别平行于支承架底部架面并沿竖向并行设置，叉臂对中位于下方的叉臂正中间底面固定有一体式光纤微探球。

所述的双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：所述双端音叉的叉臂对上设置有电极，通过电极激励双端音叉带动光纤微探球谐振。

所述的双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：光纤微探球基于光纤拉锥技术和光纤熔融烧球技术制备而成。

所述的双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：双端音叉的振动方式为，在电极的激励下两个叉臂在平面内沿宽度方向反相弯曲振动。

所述的双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：双端音叉由石英晶体制备，切型选择与振动模式及工作频率相关，弯曲振动模式下XY切型对应频率范围1～80KHz，NT切型对应频率范围40～100KHz；所述双端音叉叉臂长度沿石英晶体y轴方向，宽度沿石英晶体x方向，厚度沿石英晶体z轴方向，即采用(zyw)5°切型切角结构。

所述的双端音叉三维谐振触发探头系统，其特征在于：双端音叉的谐振频率与其几何尺寸相关，即可通过改变叉臂的长度、宽度、厚度调节双端音叉的谐振频率及力频系数，所述双端音叉谐振频率以及力频系数与其几何尺寸的相关关系式分别为：f=m2w2πl2112ρs22′,]]>S=0.0717(l2s22′tw3);]]>其中f为双端音叉的基频，S为其力频系数，l、w、t分别为两个叉臂的长度、宽度、厚度，m为与边比有关的系数，ρ为石英材料的密度，s′₂₂为石英的弹性柔顺常数。