一种用于微纳米坐标测量的多测头测量方法与装置

摘要

本发明为一种用于微纳米坐标测量的多测头测量方法与装置。将微纳米多测头系统安装在三维高精度位移平台上，Z向平移台上安装载物台，载物台下面有俯仰和偏摆微调机构。多测头系统的测量装置放置在隔离腔中，测量装置的控制信号和多测头系统的传感信号与隔离腔外的DAQ卡，控制箱和计算机相连。将一个测头中心作为坐标系的原点，把其他几个测头所在位置坐标依次匹配到坐标系中。对多测头系统进行校准，对各测头在统一坐标系中的位置坐标进行校准。测量时，由与被测点最近的测头进行测量。将各被测点对应的三维位移平台的位移量，转换为各被测点在坐标系中的坐标，计算出被测尺寸。本发明方法具有工作效率高、测量精度高的优点。

主权项

一种用于微纳米坐标测量的多测头测量方法，其特征在于：将微纳米多测头系统安装在三维位移平台上，构成一套测量装置，三维位移平台由X向平移台，Y向平移台和Z向平移台组装而成，Z向平移台上安装载物台，载物台上表面为水平面，用于放置被测工件，载物台下面有俯仰和偏摆微调机构，可以调整载物台的承载面，使之与三维位移平台的Z向严格垂直；在三维位移平台的周围位置有4个立柱，4个立柱上安装一块平板，多测头系统通过夹持机构固定在平板上；具体包括如下步骤：(1)多测头系统的统一坐标系：在所述的载物台上放置标准块，依次对各个测头的X+，X‑，Y+，Y‑的各个方向的灵敏度，分辨力，以及各测头之间位置进行校准，给各测头编号，从俯视多测头系统的角度看去，将左下角的测头作为1号测头，按照顺时针顺序，依次测头编号为1号，2号，...，n号，其中n＞2，将1号测头作为主测头，其中心作为多测头系统坐标系的原点，将其他几个测头所在位置坐标依次匹配到坐标系中；(2)多测头系统的校准：对各测头的X‑方向校准时，将标准块放在载物台上的左侧中间位置，调整标准块的工作面朝向X+方向，并与X轴垂直，通过计算机控制三维位移平台的移动，当标准块工作面接触1号测头时，产生触发信号，作为坐标系X轴零点，控制三维位移平台的移动，用标准块依次接触2号，3号，……n号测头，并分别记录X轴平移台的位移量，作为2号，3号，……n号测头的X‑向在坐标系中的坐标，同样，用标准块校准各测头的X+，Y‑和Y+方向在坐标系中的坐标，然后，将标准块的工作面朝向Z+方向，依次校准各测头的Z向在坐标系中的坐标，在每次用标准块接触测头时，测头传感单元感应的信号，转换为电压大小，由计算机记录数据和绘制曲线，根据三维位移平台的位移量，分析测头的灵敏度和分辨力，各个测头在组成多测头系统之前，需要对测头的球面半径、灵敏度和分辨力测头参数进行校准，校准数据用于测量过程中的误差补偿；(3)利用多测头系统的测量装置进行测量：测量工件时，多测头系统是固定的，被测工件随着三维位移平台移动，由与被测点最近的测头进行测量，测量下一个点时，切换测头，选择距离该点最近的测头，切换测头时，由计算机进行控制，在软件界面上选择待用的测头，将DAQ卡的相应通道打开，关闭其他通道，测量时，工作测头将感应信号传输到DAQ卡，其他测头处于不工作状态，根据多测头系统的校准数据，将每个被测点对应的三维位移平台各轴的位移量，转换为坐标系中的各被测点对应的坐标，计算出被测尺寸。