专利名称：激光聚焦式测头测量微幅振动的方法及其使用的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动测量装置，特别是公开一种激光聚焦式测头测量微幅振动的方法及其使用的装置，适用于机械、电子、建筑、地质等领域中超精密机械加工时的微幅振动测量。
背景技术：
振动测量领域覆盖了机械、电子、建筑、地质等广泛领域。随着半导体、光学仪器工业和Mems行业的发展，越来越多的元器件需要在微米、甚至纳米级的精度上进行超精密机械加工。而超精密机械加工对微幅振动极为敏感，消除或减小微幅振动是保证产品质量的关键，通过消除或减小这类超微密加工过程中的微幅振动，可以保证产品质量，提高工艺精度。实现微幅振动的准确隔离和消除也要靠微幅振动的准确测量作支撑和保证。而传统的振动测量装置通常只能测量微米级振幅的振动，对于微米级以下的振动都无法测量。因 此设计一种对微幅振动敏感的振动测量装置十分必要。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统振动测量装置无法测量微米级以下振动的问题，提供一种激光聚焦微幅振动测量装置，实现振幅微米级以下的振动的测量。本发明是这样实现的一种激光聚焦式测头测量微幅振动的方法，其特征在于将待测振动装置移动至激光聚焦式测头正下方，数据采集卡采集激光聚焦式测头的信号传输至数据处理器，数据处理器输出数字信号给数据采集卡，数据采集卡将数字信号转换成模拟信号输出给电动升降平台控制器，电动升降平台控制器驱动电动升降平台移动；电动升降平台在激光聚焦式测头焦平面附近移动，记录相应的移动距离L和测头信号U，提取线性部分对移动距离L和测头信号U做线性拟合，获取移动距离L和测头信号U之间的线性关系；当待测振动装置开始振动时，待测振动装置表面与激光聚焦式测头表面的距离变化，激光聚焦式测头信号相应发生变化，通过数据采集卡采集激光聚焦式测头信号并传输至数据处理器记录，激光聚焦式测头信号的频率和波形就反应了待测振动装置的振动频率和波形，根据移动距离L和测头信号U之间的线性关系U=k*L+b，振幅为测头信号振幅的Ι/k倍。一种所述测量方法使用的激光聚焦式测头测量微幅振动的装置，其特征在于底座上平面的一侧固定L型支架，支架的顶部设置悬臂梁形式的电动升降平台，电动升降平台沿着支架升降，电动升降平台悬臂端下侧设置激光聚焦式测头，激光聚焦式测头正下方设有水平移动平台和夹持待测振动装置的夹具，夹具在水平移动平台上面，水平移动平台在底座的另一侧上平面上，激光聚焦式测头信号输出至数据采集卡，数据采集卡将数据输出给数据处理器，数据处理器将处理后的数据通过数据采集卡输给电动升降平台控制器，电动升降平台控制器驱动电动升降平台的上下移动。本发明的有益效果是本发明解决了传统振动测量装置无法测量微米级以下振动的问题，实现振幅微米级以下的振动的无接触测量。
图I是本发明测量装置结构示意图。图2是本发明测量装置位移信号关系图。
具体实施例方式根据附图1，本发明激光聚焦式测头测量微幅振动的装置的构成包括底座I、支架
2、电动升降平台3 (行程L)、激光聚焦式测头4、水平移动平台5、夹具6、电动升降平台控制器7、数据采集卡8、数据处理器9。底座I上平面的一侧固定L型支架2，支架2的顶部设置悬臂梁形式的电动升降平台，电动升降平台沿着支架I升降，电动升降平台悬臂端下侧设置激光聚焦式测头4，激光聚焦式测头4正下方设有水平移动平台5和夹持待测振动装置 的夹具6，夹具6在水平移动平台5上面，水平移动平台5在底座I的另一侧上平面上，激光聚焦式测头信号输出至数据采集卡8，数据采集卡8将数据输出给数据处理器9，数据处理器9将处理后的数据通过数据采集卡8输给电动升降平台控制器7，电动升降平台控制器7驱动电动升降平台的上下移动。本发明测量方法的具体实施步骤如下
I、激光聚焦式测头信号通过数据采集卡采集，并传输至数据处理器；通过数据处理器将数据传送数据采集卡转换成模拟信号驱动电动升降平台。2、通过数据处理器将数据传送数据采集卡转换成模拟信号驱动电动升降平台，使电动升降平台位于行程的中间位置。3、水平移动平台5固定在在底座I上，用夹具6固定待测振动装置，通过水平移动平台5移动待测振动装置至激光聚焦式测头4的正下方。(此时待测振动装置处于振动停止状态)。4、驱动电动升降平台3下降，使待测振动装置位于激光聚焦式测头4焦平面之外，以此时电动升降平台3的位置为零位。5、驱动电动升降平台3以d (nm)为间隔，每次提升d (nm)，采集该时刻的激光聚焦式测头4的信号Vi，提升η次；然后驱动电动升降平台3以距离d (nm)为间隔，每次下降到d (nm)，采集该时刻的激光聚焦式测头信号，下降η次，以距离零点位置位移L为X轴，以激光聚焦式测头信号U为Y轴绘制曲线，见附图2，拟合其中的线性部分得激光聚焦式测头 目号振幅为U=k*L+b ( n*l〈L)式中b是L为零时测头的输出彳目号。6、控制待测振动装置振动，由于振动使得激光聚焦式测头4与待测振动装置之间的距离发生变化，所以激光聚焦式测头4信号随着待测振动装置振动变化，通过数据采集卡7采集激光聚焦式测头4的信号，并传输至数据处理器8记录，待测振动装置的振动频率和形态与激光聚焦式测头4信号的频率和形态一致，振幅为激光聚焦式测头信号振幅的I/k倍。本发明中电动升降平台的特点是电动升降平台的每次移动的最小距离小于或等于50纳米，最大行程大于等于I微米。电动升降平台和电动升降平台控制器的特点是电动升降平台的控制信号与电动升降平台的移动距离一一对应。
权利要求
1.一种激光聚焦式测头测量微幅振动的方法，其特征在于将待测振动装置移动至激光聚焦式测头正下方，数据采集卡采集激光聚焦式测头的信号传输至数据处理器，数据处理器输出数字信号给数据采集卡，数据采集卡将数字信号转换成模拟信号输出给电动升降平台控制器，电动升降平台控制器驱动电动升降平台移动；电动升降平台在激光聚焦式测头焦平面附近移动，记录相应的移动距离L和测头信号U，提取线性部分对移动距离L和测头信号U做线性拟合，获取移动距离L和测头信号U之间的线性关系；当待测振动装置开始振动时，待测振动装置表面与激光聚焦式测头表面的距离变化，激光聚焦式测头信号相应发生变化，通过数据采集卡采集激光聚焦式测头信号并传输至数据处理器记录，激光聚焦式测头信号的频率和波形就反应了待测振动装置的振动频率和波形，根据移动距离L和测头信号U之间的线性关系U=k*L+b，b是L为零时测头的输出信号，振幅为测头信号振幅的Ι/k 倍。
2.—种权利要求I所述测量方法所使用的激光聚焦式测头测量微幅振动的装置，其特征在于底座上平面的一侧固定L型支架，支架的顶部设置悬臂梁形式的电动升降平台，电动升降平台沿着支架升降，电动升降平台悬臂端下侧设置激光聚焦式测头，激光聚焦式测头正下方设有水平移动平台和夹持待测振动装置的夹具，夹具在水平移动平台上面，水 平移动平台在底座的另一侧上平面上，激光聚焦式测头信号输出至数据采集卡，数据采集卡将数据输出给数据处理器，数据处理器将处理后的数据通过数据采集卡输给电动升降平台控制器，电动升降平台控制器驱动电动升降平台的上下移动。
全文摘要
本发明为一种激光聚焦式测头测量微幅振动的方法及其使用的装置，其特征在于将待测振动装置移动至激光聚焦式测头正下方，数据采集卡采集激光聚焦式测头的信号传输至数据处理器，数据处理器输出数字信号给数据采集卡后又转换成模拟信号输出给电动升降平台控制器，由其驱动电动升降平台在激光聚焦式测头焦平面附近移动，当待测振动装置开始振动时，其表面与激光聚焦式测头表面的距离变化，激光聚焦式测头信号相应发生变化，激光聚焦式测头信号的频率和波形就反应了振动装置的振动频率和波形，根据移动距离L和测头信号U之间的线性关系U=k*L+b，b是L为零时测头的输出信号，振幅为测头信号振幅的1/k倍。
文档编号G01H9/00GK102829855SQ20121032215
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者刘一, 潘良明, 李矛 申请人:上海市计量测试技术研究院