超精密测量技术动态

     始于60年代后期的超精加工技术，如今已在许多领域得以实用化;而超精密测量技术，则是评价超精加工技术的必不可少的手段。

     一、表面粗糙度测量

     光波相干测量技术及STM(扫描式隧道效应显微镜)、AFM(原子能显微镜)的出现，使得表面粗糙度测量技术在实用方面达到了相当高的水平.但是，就实际情况来看，目前还存在着光学测量无能为力的测量对象，而STM、AFM也还存在着高度方向上测量范围(量程)较小的问题。触针式表面粗糙度测量仪，如今已作为较完善的测量仪器受到广泛应用，它通过扫描接触表面，可以进行高精度的测量。但是，它在测量速度方面还不尽如人意，考虑到外界干扰的影响，需要较大的触针接触压力。为了降低接触压力，同时确保触针位移的频率特性，就有赖于控制技术的开发应用。图l所示的表面粗糙度测量方法，通过捕捉静电电容的变化间接地捕捉触针位移的微量变化，并通过控制压电元件来控制触针压力，以保持恒压，从而可以在触针压力为loonN的条件下实现15拌m的高度方向的量程.

图2是源于同一思想的接触式探针结构。为了维持恒定的触针测量力，通过差动式静电电容传感器和磁力驱动器，构成与探针位移有关的反馈控制体系。实验证明，其触针压力可保持在0.01~1。旧N的范围内。图3是高度方向量程达70料m的双重伺服式51，M的结构，即带有粗动机构和微动机构。其中，粗动机构是由两组装有叠层式压电元件的平行弹簧机构结合而成的，其位移范围为60拜m;微动机构是直接与粗动机构相连的压电元件，其位移范围为15拌m。微动机构上装有钨(W)制探针;通过控制测头位置，检测流经测头与被测对象(工件)之间的隧道电流，测知工件表面粗糙度数据。

    二、轴旋转的高精度测量

    轴旋转精度的测量，大多采用静电电容式位移计.但是，来自NC装置和进给驱动电机的电磁干扰成分的迭加，往往妨碍高精度的测量。而光学式旋转精度测量方法，则可以构成避免这种电磁干扰的测量系统。图4所示即为测量装置的光学系统结构。凹面镜装在工件(轴)端部，来自半导体激光器的激光束，经视准透镜、光束扩展(beamexpander)，转变成适当直径的平行光束，再穿过光束分离器(beam印litter)，通过物镜入射凹面镜。其反射光仍通过物镜，经光束分离器反射后，反射光斑在四等分光电二极管上成像。在该测量系统中，当光轴与凹面镜中心重合时，反射光便在四等分光电二极管的中心成像，于是四等分光电二极管四个元素的输出电压相等。当轴产生径向位移时，便使得凹面镜发射光线的方向产生变化，于是，四等分光电二级管上的光斑就会移位，从而使得四个元素的输出电压出现差异。利用模拟运算电路对其电压差实施运算处理后，便可求得旋转轴的经向旋转误差。