- 0四维扫描探针微形貌测量系统，在X-Z平面内顺时针旋 转后扫描被测样品的示意图。
[0022] 图4是本发明一种XYZ- 0四维扫描探针微形貌测量系统，在X-Z平面内逆时针旋 转后扫描被测样品的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 本发明的具体工作过程可通过附图2、图3和图4的实例详细描述。
[0024] 系统开始工作时，被测样品（8)放置在XYZ-0四维扫描模块上，通过四维扫描模 块的平移移动，调整样品（8)和探针（9)的相对位置，使探针（9)和样品（8)表面平滑区域 接触。确定接触后，在XYZ-0四维扫描模块的驱动下，首先将样品（8)沿水平方向进行线 性扫描，如图2所示，微探针模块将依次检测样品（8)上的表面形貌变化。
[00幼图2中在扫描VPi点、P3-P4点和P6节点之间的平滑区域时，被扫描区域表面轮 廓的倾斜角基本上为零，小于探针（9)尖端的最大可探测角9,因此XYZ-0四维扫描模块只 需保持水平方向的匀速扫描，就可W保证探针（9)准确采集到相应区域的形貌变化。
[002引在扫描P1-P3点和P4-Pe点之间具有斜率突变的区域时，由于该些区域斜坡处的倾 斜角a大于探针（9)尖端的最大可探测角cp，使探针（9)尖端与样品（8)表面发生轮廓干 设（干设点分别为Ti点和T2点）。该种干设将会影响系统对样品表面形貌的准确测量。为 避免探针尖端与样品表面的轮廓干设，减小测量误差，本系统采取复合运动扫描方法测量 样品表面形貌。
[0027] 如图3所示，在扫描P1-P3点之间具有正向斜率突变的区域时（如P1点和P2点）， 旋转轴承在X-Z平面内按照顺时针方向旋转01角后通过位移平台进行线性扫描。此时， 样品（8)表面斜坡的倾斜角变为a1且小于探针（9)尖端最大可探测角9,可避免探针巧） 尖端与样品表面的轮廓干设，提高测量精度。
[002引如图4所示，在扫描P4-Pe点之间具有反向斜率突变的区域时（如P5点和Pe点）， 旋转轴承在X-Z平面内按照逆时针方向旋转0 2角后通过位移平台进行线性扫描。此时， 样品（8)表面斜坡的倾斜角变为a2且小于探针（9)尖端最大可探测角9,可避免探针巧） 尖端与样品表面的轮廓干设，提高测量精度。
[0029] 最后微探针模块将采集到的被测样品的形貌信息，经信号采集转换模块传输给信 号分析处理模块，通过分析计算，可重构样品表面的形貌。所发明的XYZ-0四维扫描探针 微形貌测量系统，能有效地避免探针尖端与样品表面的轮廓干设，提高系统对具有复杂面 形微形貌的测量精度。
[0030] W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W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XYZ-e四维扫描探针微形貌测量系统，包括：精密气浮隔震工作台（I)、XYZ-f3 四维扫描模块（2)、微探针模块（3)、龙门式桥架（4)、信号采集转换模块（5)、信号分析处理 模块（6)、四维扫描控制模块（7)等；所述的XYZ-0四维扫描模块固定在精密气浮隔震工 作台（1)上，其上方放置被测样品（8)，被测样品（8)的正上方为所述的微探针模块；所述 的龙门式桥架的两个立柱分列XYZ-0四维扫描模块（2)的两侧，并固定在精密气浮隔震工 作台（1)上，龙门式桥架（4)的横梁上承载有所述的微探针模块，所述的横梁经两个立柱支 撑，横跨在所述的XYZ-0四维扫描模块的上方；所述的微探针模块通过信号采集转换模块 (5)与信号分析处理模块（6)连接；所述的信号分析处理模块通过四维扫描控制模块（7) 与XYZ-0四维扫描模块（2)连接。
2. 如权利要求1所述的一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，其特征是：所述的 精密气浮隔震工作台具有较低的固有频率和较强的隔震性，在隔震台面上固定有所述的龙 门式桥架和所述的XYZ-0四维扫描模块。
3. 如权利要求1所述的一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，其特征是：所述的 XYZ-0四维扫描模块由基座（2-1)、0旋转轴承（2-2)和XYZ微位移平台（2-3)三部分组 成，XYZ微位移平台（2-3)可在X、Y、Z三个方向做直线运动，0旋转轴承（2-2)可在X-Z 平面内做精密旋转；XYZ微位移平台（2-3)和0旋转轴承（2-2)通过刚性连接固定在基座 (2-1)上，构成所述的XYZ-0四维扫描模块。
4. 如权利要求1所述的一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，其特征是：所述的 微探针模块由微探针和微位移传感器组成，可精确检测被测样品（8)的表面的形貌变化。
5. 如权利要求1所述的一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，其特征是：所述的 龙门式桥架包括两个立柱和一个横梁，材质为花岗岩，所述的两个立柱固定在精密气浮隔 震工作台（1)上，分列XYZ-0四维扫描模块（2)的两侧，所述的立柱上固定设置有所述的 横梁，所述的横梁中间部位刚性连接有所述的微探针模块。
6. 如权利要求1所述的一种XYZ-0四维扫描探针微形貌测量系统，其特征是：所述的 信号分析处理模块的一端通过信号采集转换模块（5)与微探针模块（3)连接，分析微探针 模块获取的形貌变化信息；另一端通过四维扫描控制模块（7)与XYZ-0四维扫描模块（2) 连接，控制XYZ-0四维扫描模块（2)的运动方式。
【专利摘要】本发明公开了一种XYZ-β四维扫描探针微形貌测量系统，涉及微结构加工及微结构面形质量检测技术领域，主要包括：XYZ-β四维扫描模块、微探针模块、信号分析处理模块等；所述的XYZ-β四维扫描模块由基座、XYZ微位移平台、β旋转轴承组成，与所述的微探针模块配合工作，能够检测样品在三维空间内的表面形貌变化；扫描信号经过信号分析处理模块处理后，可重构样品表面形貌。本发明在形貌测量过程中能够实时修正样品和微探针模块之间的相对夹角，提高形貌测量系统的最大可探测角，降低测量误差对样品斜率的敏感特性，避免被测样品和微探针的机械损伤，能够可靠地测量具有复杂面形特性的微形貌，并提高测量精度。
【IPC分类】G01B21-20
【公开号】CN104880169
【申请号】CN201510219579
【发明人】许斌, 赵世平, 刘乾乾, 陈伟, 唐海容
【申请人】四川大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月4日