位移传感器系统，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0020]如图1所示，所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统包括:测头模块、测头支撑模块、位移检测模块、测量力调节模块、轴承控制模块、位移信号采集模块、信号分析处理模块等。所述的测头模块由探针I和探杆2同轴连接构成，可跟随被测工件表面的形貌变化而移动；所述的测头支撑模块包括传感器基座3和电磁悬浮式轴承4，用来给探针和探杆提供径向支持力；所述的位移检测模块为一种精密光栅，包括读数头5-1和标尺光栅5-2，可读取测头模块的位移信息；所述的测量力调节模块为一种角度可调的倾斜平台，包括微调平台6-1，调节轴6-2和底座6-3，所述的底座6-3沿X轴方向固定在测量设备上，所述的微调平台6-1通过所述的调节轴6-2与底座6-3连接，并与水平面成β角度设置，其中β角的大小可通过调节轴6-2进行调节；所述的信号分析处理模块10以计算机为例。
[0021]本发明所涉及的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，在测量被测工件7的表面形貌之前，根据不同工件的材料和探针的受力强度可事先确定一个处于合理范围的测量力F，由公式F = GsinP可得到一个与其对应的倾斜角β，测量时只要将微调平台6-1的倾斜角调整为β就能保证测量力F大小恒定。
[0022]本发明的具体测量过程为:首先将工件7固定放置在位移平台上，将所述的测量力调节模块中的底座6-3安装在测量设备上保持静止，通过分析计算得出最佳测量力F和对应的倾斜角β，再通过位移平台的驱动调整工件7和探针I的相对位置使两者接触，确定接触后，调节倾斜平台的调节轴6-2，使微调平台6-1与水平面的夹角为β，这样就能保证探针与工件之间的测量力为F。其次在位移平台的作用下驱动工件沿Y轴方向移动，由于探针和工件之间存在微小接触力，所以工件表面的微观峰谷起伏将使探针和探杆沿其轴线方向移动，电磁悬浮式轴承为探杆提供的径向支承力可保证这种移动的低摩擦性，高顺应性和线性。最后所述的探针和探杆的位移信号会通过所述的光栅转换为电信号，再经过位移信号采集模块9传输到计算机10中，所述的计算机根据探针和探杆的位移变化计算出被测点的坐标改变量，然后再与基准坐标进行对比即可重构出工件表面微观形貌。
[0023]以上所述实例性说明中的信号分析处理模块10采用计算机，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明；凡在本发明的思想和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，主要包括:测头模块、测头支撑模块、位移检测模块、测量力调节模块、轴承控制模块、位移信号采集模块、信号分析处理模块等；其特征是:所述的测头模块包括用于接触工件表面并感知其表面凹凸变化的探针(I)和探杆(2)，探针(I)固定连接在探杆(2) —侧的端面上，探杆(2)设置在测头支撑模块内；所述的测头支撑模块包括传感器基座(3)和电磁悬浮式轴承(4)，所述的传感器基座(3)固定在所述的测量力调节模块￠)的微调平台￠-1)上，所述的电磁悬浮式轴承(4)安装在传感器基座(3)上，并通过轴承控制模块(8)与信号分析处理模块(10)连接；所述的位移检测模块为一种精密光栅尺，包括读数头(5-1)和标尺光栅(5-2)，所述的标尺光栅(5-2)嵌套在探杆(2)上，可跟随探杆(2)移动，所述的读数头(5-1)与标尺光栅(5-2)对应，固定安装在传感器基座(3)上，并通过位移信号采集模块(9)与信号分析处理模块(10)连接；所述的测量力调节模块(6)为一种角度可调的倾斜平台，包括微调平台(6-1)，调节轴(6-2)和底座(6-3)。2.如权利要求1所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，其特征是:所述的测头支承模块包括传感器基座(3)和电磁悬浮式轴承(4)，所述的传感器基座(3)固定在所述的测量力调节模块(6)的微调平台(6-1)上，可跟随微调平台(6-1)的移动而移动，所述的电磁悬浮式轴承(4)，固定设置在传感器基座(3)内；所述的探针(I)和探杆(2)同轴连接，活动设置在测头支承模块的中轴线上，并与所述的电磁悬浮式轴承间留有间隙，探针(I)的尖端倾斜向下。3.如权利要求1所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，其特征是:所述的测量力调节模块(6)为一种角度可调的倾斜平台，包括微调平台(6-1)，调节轴(6-2)和底座￠-3)，所述的底座(6-3)沿水平方向固定在测量设备上；所述的微调平台(6-1)通过所述的调节轴(6-2)与底座(6-3)连接，并与水平面成β角度设置，其中β角的大小可通过调节轴(6-2)进行调节；在所述的微调平台(6-1)的上端面，固定连接有所述的传感器基座(3)。4.如权利要求1所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，其特征是:所述的探针(I)和探杆(2)同轴连接，其轴线与电磁悬浮式轴承(4)的中轴线重合，并与水平面成β角度，所述的探杆(2)为磁性材质，与所述的电磁悬浮式轴承(4)之间存在径向支持力。5.如权利要求1所述的一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，其特征是:所述的信号分析处理模块(10)为单片机或计算机。
【专利摘要】本发明公开了一种测量力可控的电磁轴承自倾斜式微位移传感器系统，涉及微结构面形质量检测技术领域。所述的传感器主要由测头模块、测头支撑模块、位移检测模块、测量力调节模块等组成；所述的测头模块由探针和探杆构成，可跟随被测工件表面的变化而移动，所述的测头支撑模块用来给测头模块提供径向支持力，所述的位移检测模块，用来测量测头的位移信息，所述的测量力调节模块为一种倾斜平台，用来改变测量力。本发明通过调节倾斜平台的倾斜角改变探针与工件之间的测量力，可对测量力进行恒定调控，以保证探针对被测工件表面形貌变化的跟随特性，保护被测样品表面不被探针划伤，并降低探针尖端的磨损和延长其工作寿命。
【IPC分类】G01B11/02
【公开号】CN105387810
【申请号】CN201510686621
【发明人】许斌, 方辉, 尹德强, 刘乾乾
【申请人】四川大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月20日