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。
技术实现要素：
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nipci-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
如图1所示，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1、分别控制两个音叉探针1的两个x向纳米精度微动台2和控制微球运动的一个y向纳米精度微动台3、微动台控制器8、信号发生器4、幅值反馈电路5、数据采集卡6和安装有labview的工业计算机7；首先利用两个音叉探针1在x方向构成左右差动结构，然后利用两个信号发生器4激励两个音叉探针1产生谐振，音叉探针1振动的信号通过幅值反馈电路5处理后经过数据采集卡6由工业计算机7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9的距离，工业计算机7给微动台控制器8发送指令，通过微动台控制器8控制两x向纳米精度微动台同时驱动音叉探针1差动逼近微球进行测量，单次逼近完成后微动台控制器8控制y向纳米精度微动台3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1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2和一个y向纳米精度微动台3均选取线性微动台，其中两个x向纳米精度微动台2线性行程250μm，驱动分辨率为0.5nm，y向纳米精度微动台3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2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nipci-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。
如图2所示，所述的幅值反馈电路5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8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。
图3所示为双探针自动测量和后退流程图，探针运动由labview经过微动台控制。初始化完成后，微动台x1和x2同时相对向微球逼近，判断微动台是否到位由微动台对应的探针振动反馈的幅值信号决定，幅值信号减小到其自由振动幅值的80%时相应微动台停止。若其中一个x微动台先到达测量位置，则对其赋值原地等待另一个x微动台，两个x向纳米精度微动台都到达指定位置时进行测量，记录测量数据，测量完成后再控制双台同时快速后退。
图4所示为x向双微动台自动逼近测量程序图。首先通过nidaq助手采集x向双音叉探针的幅值反馈信号，将其与音叉自由振动幅值的80%进行比较，若没有到达80%则控制双台继续向前逼近。
逼近过程控制如下：首先通过connect函数连接微动台与labview，连接完成后进入moveinc函数，moveinc函数实现线性相对位移动作控制，设置微动台名称，步进速度与单步进值，步进值为正表示前进，为负表示后退。设置完成后通过wait函数等待动作执行，执行完动作后反馈被控微动台的所有状态参数，该参数以簇函数形式输出，通过索引簇函数中的微动台位移元素，最后输出为曲线显示。若其中一微动台先到达测量位置，则通过case结构将moveinc函数中的单步进值设为0，其余流程与上述步骤一样即可实现等待功能。
图5所示为x向双微动台自动后退程序图，通过case结构将双微动台的moveinc函数中的单步进值均设为负值，其余流程与上述步骤一样即可实现后退功能。
图6所示为y向纳米精度微动台控制程序图，其基本思路与图4所述一致，y向工作台的功能是在两个x向工作台完成一组测量后控制微球前进或后退实现多组测量。
图7所示为基于labview的微球球度测量控制系统界面，主要包括实时显示两个音叉探针振动幅值的力曲线窗口，各微动台控制参数输入窗口和微动台位移实时显示曲线。通过此界面可以准确观察球度测量过程中各实验参数的变化，实现精确控制。