基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114623991A(43)申请公布日2022.06.14(21)申请号202210234635.2(22)申请日2022.03.08(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人郑叶龙李丹彤杨永黄银国赵美蓉(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201专利代理师曹玉平(51)Int.Cl.G01M5/00(2006.01)G01M11/08(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法(57)摘要本发明公开了基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法，包括微悬臂梁，所述微悬臂梁的悬臂端底侧设置有与微悬臂梁相抵的工作台，微悬臂梁通过电控位移台控制位移变化；所述工作台为透明的台面，工作台具有多个支腿，工作台架设在透明的弹性体上；所述弹性体上侧设置有高于工作台并与弹性体上端面平行的光源，弹性体下侧设置有与光源对准且平行的图像采集设备。本发明旨在提供一种结构简单分辨力高，能够兼具测量位移与力值得出微悬臂梁刚度的标定装置与方法。CN114623991ACN114623991A权利要求书1/1页1.基于阴影法的微悬臂梁标定装置，包括微悬臂梁(7)，其特征在于：所述微悬臂梁(7)的悬臂端底侧设置有与微悬臂梁(7)相抵的工作台(2)，微悬臂梁(7)通过电控位移台(6)控制位移变化；所述工作台(2)为透明的台面，工作台(2)具有多个支腿，工作台(2)架设在透明的弹性体(3)上；所述弹性体(3)上侧设置有高于工作台(2)并与弹性体(3)上端面平行的光源(1)，弹性体(3)下侧设置有与光源(1)对准且平行的图像采集设备(4)。2.根据权利要求1所述的基于阴影法的微悬臂梁标定装置，其特征在于：所述工作台(2)的支腿为圆柱状。3.一种微悬臂梁标定方法，基于阴影法的微悬臂梁标定装置，其特征在于：包括如下步骤：(1)移除微悬臂梁(7)使电控位移台(5)直接将位移变化输出到工作台(2)上，使工作台(2)向下挤压弹性体(3)，光源(1)射出光线到工作台(2)的其中一个支腿上，发生凹陷的弹性体(3)表面会使平行光线发生折射，在弹性体(3)的底面形成圆形的阴影，通过图像采集设备(4)采集阴影的图像。将工作台(2)位移距离Δh与变化的阴影直径ΔD进行拟合，得到关系式：Δh＝a·ΔD得到对该弹性体(3)输出位移后影响阴影直径的系数a；(2)移除微悬臂梁(7)和电控位移台(5)，使用环形的重片(6)加载重量到工作台(2)上，光源(1)射出光线到工作台(2)的其中一个支腿上，发生凹陷的弹性体(3)表面会使平行光线发生折射，在弹性体(3)的底面形成圆形的阴影，通过图像采集设备(4)采集阴影的图像。重片(6)的质量大小变化为Δm，将工作台(2)受力变化ΔF＝mg与变化的阴影直径ΔD进行拟合，得到关系式：ΔF＝b·ΔD得到对该弹性体(3)加载重量后影响阴影直径的系数b；(3)将微悬臂梁(7)和电控位移台(5)重新与工作台(2)连接使微悬臂梁(7)的悬臂端与工作台(2)相抵，利用电控位移台(5)输出位移x1到微悬臂梁(7)的悬臂端上，通过阴影直径大小的变化与步骤(1)和步骤(2)中得出的系数a和b可反向计算出Δh1和ΔF1。依次增加x1至xn，重复上述操作，得到Δhn和ΔFn。(4)通过上述步骤，可得到微悬臂梁(7)的位移dn的关系式：dn＝|xn‑Δhn|微悬臂梁(7)的受力为：Fn＝ΔFn拟合位移与受力得出关系式：Fn＝k·dn得到微悬臂梁(7)的刚度k。2CN114623991A说明书1/4页基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法技术领域[0001]本发明涉及微悬臂梁技术领域，尤其涉及基于阴影法的微悬臂梁标定装置与方法。背景技术[0002]在实际的生产和应用中，微悬臂梁的刚度一般是通过利用微悬臂梁的尺寸参数和杨氏模量直接计算出的。然而，由于在微纳加工过程中的精度限制和微悬臂梁个体间杨氏模量的差异，实际的刚度值往往与计算得到的刚度之间存在一定偏差。例如微悬臂梁加工过程中的毛刺问题、加工尺寸偏差问题、几何形状与材料变形问题、镀层导致的厚度不均问题以及表面效应等等。即使是同种标称尺寸和同种材料的微悬臂梁，其刚度值也可能有较大差异。因此，现亟需一种结构简单分辨力高，能够兼具测量位移与力值得出微悬臂梁刚度的标定装置与方法。发明内容[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种结构简单分辨力高，能够兼具测量位移与力值得出微悬臂梁刚度的标定装置与方法。[0004]为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案予以实现的：[0005]基于阴影法的微悬臂梁标定装置，包括微悬臂梁，所述微悬臂梁的悬臂端底侧设置有与微悬臂梁相抵的工