[发明专利]一种基于LabVIEW的微球球度高精度测量控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及高精度微纳测量技术领域，尤其涉及一种基于LabVIEW的微球球度高精度测量控制系统。

背景技术

近年来，随着微纳制造技术的快速发展，对于微球的尺寸精度要求越来越高，例如用于微型器件精密测量的纳米三坐标测量机，其测头微球直径在数十至数百微米以内，球度一般要控制在数十纳米甚至更低纳米量级。市面上的高精度圆度仪，如日本Mitutoyo公司的RA-H5200圆度仪，其球形测针直径最小为1.6mm，所以其测头直径偏大，对于直径低于1mm的微球无法进行高精度测量。所以构思一种新的微球球度测量方法，设计一种高精度的测量控制系统是十分必要的。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于LabVIEW的微球球度高精度测量控制系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于LabVIEW的微球球度高精度测量控制系统，包括两个差动音叉钨探针、分别控制两个音叉探针的两个X向纳米精度微动台和控制微球运动的一个Y向纳米精度微动台、微动台控制器、信号发生器、幅值反馈电路、数据采集卡和安装有LabVIEW的工业计算机；首先利用两个音叉探针在X方向构成左右差动结构，然后利用两个信号发生器激励两个音叉探针产生谐振，音叉探针振动的信号通过幅值反馈电路处理后经过数据采集卡由工业计算机内的LabVIEW读取，LabVIEW通过读取的音叉振动幅值大小确定音叉探针与被测球的距离，工业计算机给微动台控制器发送指令，通过微动台控制器控制两X向纳米精度微动台同时驱动音叉探针差动逼近微球进行测量，单次逼近完成后微动台控制器控制Y向纳米精度微动台进给微球位置，改变微球方向并重复上述测量步骤即可实现微球球度高精度测量。

所述的两个音叉钨探针和微球运动的微动台拥有纳米级测量分辨力，控制两个差动音叉钨探针运动的X向纳米精度微动台行程一样且不小于微球半径，控制微球运动的Y向纳米精度微动台行程不小于微球直径。

所述的两个X向纳米精度微动台和一个Y向纳米精度微动台均选取线性微动台，其中两个X向纳米精度微动台线性行程250μm，驱动分辨率为0.5nm，Y向纳米精度微动台线性行程500μm，驱动分辨率为0.9nm。所选的微动台行程能够满足对直径不大于500μm的微球的球度测量，低于1nm的驱动分辨率能够保证微动台实现纳米步进，保证微球球度的高精度测量。

两个X向纳米精度微动台同时快速逼近测球，若一微动台先逼近到达测量位置，需要在原地等待另一微动台，两微动台均到达测量位置时进行测量，测量完成后同时快速后退。

所述的数据采集卡为NI PCI-6259高速采集卡，有32路模拟输入，16位计数，单通道采集速度达到1.25MS/s，多通道同时采集速度达到1MS/s，采集卡的高速保证被采集信号信息的完整性。

所述的幅值反馈电路由放大、整流和滤波模块组成，音叉振动的原始信号先放大，然后经过整流芯片实现真有效值转换，整流完成后经过滤波完成对信号的处理。

所述的微动台控制器选取 Ensemble微动台控制器，LabVIEW通过.net通讯方式读取Ensemble库函数实现与微动台的数据交换，使用时将Ensemble库函数设置在LabVIEW的user.lib读取路径下，LabVIEW完成库函数识别后即可实现初始化设置、控制台状态控制和数据读取操作。

本发明的优点是：本发明利用LabVIEW虚拟仪器软件开发微球球度测量控制系统，能实现微球球度的高精度测量，控制精度可达到纳米级。LabVIEW图形化编程语言相对其它控制语言极大降低编程难度，缩短开发周期，编写的界面友好，便于操作和维护。

附图说明

图1 为基于LabVIEW的微球球度测量控制系统流程图。

图2为幅值反馈电路原理图。

图3 为X向双微动台自动逼近测量—后退流程图。

图4 为X向双微动台自动逼近测量程序图。

图5 为X向双微动台自动后退程序图。

图6为 Y向纳米精度微动台控制程序图。

图7 为基于LabVIEW的微球球度测量控制系统界面。

具体实施方式