基于坐標(biāo)測量的石英音叉測頭誤差分析及標(biāo)定.pdf

1、微納制造業(yè)的迅猛發(fā)展，也帶動著測量技術(shù)的不斷提高。原子力顯微鏡和三坐標(biāo)測量機(jī)等也以其各有的優(yōu)勢在不同測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。原子力顯微鏡能以納米級精度測得微納器件的面型特征，但其測量范圍有限；而傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)雖然可以完成大范圍的面型測量，但由于測頭的限制導(dǎo)致其測量精度無法達(dá)到納米級。為了解決半球陀螺球碗尺寸與球面精度的大范圍高精度測量問題，本文提出了基于三坐標(biāo)測量機(jī)的新型諧振測頭的研究。
　　這種諧振測頭是一種新型的石英音叉式

2、測頭，其特點(diǎn)就是能進(jìn)行自感應(yīng)自激勵，無需外設(shè)的傳感器和光學(xué)測量儀器，測頭結(jié)構(gòu)緊湊小巧。將其與微納三坐標(biāo)測量機(jī)相結(jié)合，并對測頭進(jìn)行性能標(biāo)定和誤差分析后，就能保證大范圍高精度的測量結(jié)果。因此為了在微納坐標(biāo)測量機(jī)上更好的應(yīng)用這種測頭系統(tǒng)，確立并減小誤差因素，本論文主要做了如下工作。
　　首先根據(jù)這種石英音叉測頭的外形結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)建立力學(xué)模型，從力學(xué)原理上了解測頭的振動特性并確定測頭的工作模式；然后建立音叉測頭的電學(xué)模型，通過分析傳遞函

3、數(shù)得出測頭的幅頻特性曲線，并基于測頭的電路控制原理，分析電路中存在的噪音影響，并盡量予以消除。
　　其次對測頭的控制電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，消除測頭內(nèi)部噪聲對測頭性能的影響，使測頭達(dá)到優(yōu)化的狀態(tài)。然后對測頭的各項(xiàng)特性進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，明確測頭機(jī)械振幅與控制電路輸出電壓之間的關(guān)系，進(jìn)行測頭自身工作性能的測試以及測頭進(jìn)退針實(shí)驗(yàn)和靈敏度的標(biāo)定。經(jīng)過標(biāo)定后的測頭可以通過測量標(biāo)準(zhǔn)臺階，對其整體測量精度指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。
　　最后對測頭測量過程中存在