本技术涉及一种基于探针干涉的三维微接触测头，属于计量检测。
背景技术：
1、目前，在微纳尺度三维测量中常用的测量手段包括扫描探针显微镜、共聚焦显微镜、白光干涉显微镜及微纳坐标测量机等。其中，扫描探针显微镜受扫描器行程、探针尺寸等限制，测量范围较小(一般为几微米)，难以满足较大尺寸结构的测量需求；共聚焦、白光干涉等光学方法由于受光学衍射极限、光学反射率等因素影响，其横向分辨力较低(一般为百纳米量级)，且难以实现侧壁及边沿结构的测量，测量结果也易受样品表面特性影响。
2、而，微纳坐标测量技术，可克服测量范围、测量精度之间的矛盾，同时具备三维方向的探测和传感能力，可实现真正意义上的3d测量，是目前解决微纳尺度三维测量问题相对有效的手段。
3、微纳坐标测量传统所使用的测头，使用电容、压阻、压电等原理，结构简单，体积小，分辨力高，但其传感机构均设置在悬臂上，受测头结构和悬挂设计影响，存在三轴分辨力及刚度不一致、探测单元难以实现互换性等问题。此外，传感器的非线性、温漂等也是影响其测量精度的重要因素。
技术实现思路
1、本实用新型所要解决的技术问题是为了克服现有技术中的微纳坐标测量传统所使用的测头三轴分辨力及刚度不一致、探测单元难以实现互换性、测量精度低的缺陷，而提供一种基于探针干涉的三维微接触测头。
2、本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题：
3、本实用新型提供一种基于探针干涉的三维微接触测头，包括探测组件、悬挂组件，探测组件的下端形成测球，测球用于与样品表面相接触；探测组件的上端设有位移探测点；探测组件形成一水平基准面，位移探测点与测球的中心之间的连线形成中心轴线，中心轴线垂直于水平基准面，中心轴线与水平基准面的交点为转动中心；悬挂组件将探测组件悬挂在空中；测球不受外力时，悬挂组件使探测组件的水平基准面保持水平；测球受外力时，悬挂组件限制探测组件只能沿中心轴线的方向上下移动或以转动中心为中心转动。
4、在本技术方案中，当测球在样品的表面移动时，测球会根据样品的表面的形状发生位移，从而带动与测球刚性连接的位移探测点产生相对的位移，可以根据位移探测点的位移，计算出测球的位移，从而获得样品的表面的形貌数据以及关键尺寸的三维测量结果。
5、较佳地，探测组件包括中心连接体和测针，中心连接体与悬挂组件相连接；测针固定在中心连接体的下方，测球形成于测针的下端。
6、在本技术方案中，由于测针较为细长，使测球可深入至各种不同的样品内，以满足各种不同形状的样品的测量需求。
7、较佳地，测针靠近测球的一端形成一段细杆，细杆的直径小于测球的直径。
8、在本技术方案中，测针靠近测球的一端形成一段细杆，细杆的直径小于测球的直径，使测球在样品表面移动时，细杆不会碰到样品的表面，使测球的位移可以与样品的表面的形貌数据准确对应。
9、较佳地，探测组件包括中心连接体和检测块，悬挂组件将中心连接体悬挂在空中；检测块固定在中心连接体的上方，位移探测点为检测块的中心点；三维微接触测头还包括若干传感单元，传感单元环绕检测块设置，传感单元用于检测位移探测点的位移变化。
10、在本技术方案中，传感单元可以实时检测检测块的位移，获得位移探测点的位移，从而可以计算出测球的位移，获得样品的表面的形貌数据以及关键尺寸。
11、较佳地，探测组件还包括支撑杆，支撑杆连接中心连接体和检测块。
12、在本技术方案中，支撑杆的轴线均与中心轴线相重合，可保证探测组件整体的平衡性。
13、较佳地，检测块的表面设有三块反射镜，三块反射镜相互垂直；传感单元的数量为三个，三个传感单元分别为x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪，x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪的光轴分别与三块反射镜垂直，x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪的光轴的交点与位移探测点相重合。
14、在本技术方案中，采用三个方向的激光干涉仪检测检测块的反射镜的位置变化，可实现高精度的位移传感；借助激光干涉这一非接触的传感方式，可将传感单元和探测组件进行分离式设计，根据被测对象灵活更换探测组件，实现探测组件的互换性。
15、较佳地，位移探测点与转动中心之间的距离等于测球的中心至转动中心之间的距离。
16、在本技术方案中，位移探测点与转动中心之间的距离等于测球的中心至转动中心之间的距离，测球的位移与位移探测点的位移相等，测头的三轴分辨力趋于一致，可达到各向同性。
17、较佳地，悬挂组件包括悬挂框和若干悬梁，悬挂框固定在空中，探测组件位于悬挂框的中间，悬梁连接悬挂框与探测组件。
18、在本技术方案中，当测球不受外力时，悬梁拉住探测组件，使探测组件的水平基准面保持水平；测球受外力时，悬梁发生变形，由于悬梁环绕探测组件设置，探测组件只能沿中心轴线的方向上下移动或以转动中心为中心转动。
19、较佳地，探测组件包括中心连接体，中心连接体以转动中心为对称中心；悬梁连接悬挂框的内边缘与中心连接体的外边缘，若干悬梁的长度相等，若干悬梁环绕中心连接体的对称中心均匀分布。
20、在本技术方案中，通过上述结构设置，可以使悬梁对中心连接体施加均匀的作用力，保证了中心连接体只能沿中心轴线的方向上下移动或以转动中心为中心转动，从而保证了与中心连接体刚性固定连接的测球、检测块的运动轨迹，保证了检测块的位移与测球的位移对应的准确性。
21、较佳地，悬挂框、中心连接体和若干悬梁通过弹性材料加工一体成型。
22、在本技术方案中，悬挂框、中心连接体和若干悬梁通过弹性材料加工一体成型，可以较好地解决测头三轴刚度各向同性问题。
23、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
24、本实用新型的积极进步效果在于：
25、上述基于探针干涉的三维微接触测头，可实现兼顾高精度、高动态特性的三维传感测量；通过优化设计，实现了三轴分辨力及刚度各向同性；传感单元和探测组件的分离式设计，使测头具备探测组件的互换性，可根据被测对象灵活更换具有不同尺寸和型号的测针的探测单元。
1.一种基于探针干涉的三维微接触测头，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的三维微接触测头，其特征在于，所述探测组件包括：
3.如权利要求2所述的三维微接触测头，其特征在于：所述测针靠近测球的一端形成一段细杆，所述细杆的直径小于所述测球的直径。
4.如权利要求1所述的三维微接触测头，其特征在于，所述探测组件包括中心连接体和检测块，所述悬挂组件将所述中心连接体悬挂在空中；所述检测块固定在所述中心连接体的上方，所述位移探测点为所述检测块的中心点；
5.如权利要求4所述的三维微接触测头，其特征在于：所述探测组件还包括支撑杆，所述支撑杆连接所述中心连接体和所述检测块。
6.如权利要求4所述的三维微接触测头，其特征在于：所述检测块的表面设有三块反射镜，三块反射镜相互垂直；所述传感单元的数量为三个，三个传感单元分别为x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪，所述x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪的光轴分别与三块反射镜垂直，所述x轴激光干涉仪、y轴激光干涉仪和z轴激光干涉仪的光轴的交点与所述位移探测点相重合。
7.如权利要求1所述的三维微接触测头，其特征在于：所述位移探测点与所述转动中心之间的距离等于所述测球的中心至所述转动中心之间的距离。
8.如权利要求1至7任一项所述的三维微接触测头，其特征在于：所述悬挂组件包括悬挂框和若干悬梁，所述悬挂框固定在空中，所述探测组件位于所述悬挂框的中间，所述悬梁连接所述悬挂框与所述探测组件。
9.如权利要求8所述的三维微接触测头，其特征在于：所述探测组件包括中心连接体，所述中心连接体以所述转动中心为对称中心；所述悬梁连接所述悬挂框的内边缘与所述中心连接体的外边缘，若干悬梁的长度相等，若干悬梁环绕所述中心连接体的对称中心均匀分布。
10.如权利要求9所述的三维微接触测头，其特征在于：所述悬挂框、中心连接体和若干悬梁通过弹性材料加工一体成型。
