納米測(cè)量機(jī)三維微觸覺(jué)測(cè)頭開(kāi)發(fā).pdf

1、針對(duì)目前微納米幾何量計(jì)量中存在的高深寬比結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)三維高精度測(cè)量問(wèn)題,本文基于電容和壓阻原理,利用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝,設(shè)計(jì)了兩種具有3D測(cè)量能力并可集成到納米測(cè)量機(jī)的微觸覺(jué)測(cè)頭——MEMS電容式三維微觸覺(jué)測(cè)頭和MEMS壓阻式三維微觸覺(jué)測(cè)頭。完成的主要工作如下:
　　1.分析了MEMS電容式三維微觸覺(jué)測(cè)頭的結(jié)構(gòu)和原理;對(duì)課題組前期開(kāi)發(fā)的基于非硅MEMS工藝的電容測(cè)頭進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝上的優(yōu)化,利用電鍍和犧牲層技術(shù)制備出微電容傳

2、感器原型;對(duì)測(cè)頭進(jìn)行裝配和封裝設(shè)計(jì),完成了其與校準(zhǔn)裝置和納米測(cè)量機(jī)的機(jī)械集成。
　　2.對(duì)MEMS壓阻式三維微觸覺(jué)測(cè)頭進(jìn)行原理及結(jié)構(gòu)分析,建立了測(cè)頭位移檢測(cè)模型;利用Solidworks Simulation模擬測(cè)頭在軸向和橫向負(fù)載作用下的位移及應(yīng)力分布狀況;設(shè)計(jì)了兩種壓阻檢測(cè)電橋,并對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行研究,建立了測(cè)頭的輸出檢測(cè)模型。
　　3.設(shè)計(jì)了壓阻測(cè)頭懸掛系統(tǒng)加工版圖;利用MEMS體硅加工工藝完成了懸掛結(jié)構(gòu)及敏感單元的制

3、備,并對(duì)制作的壓阻樣條進(jìn)行了測(cè)試;通過(guò)微尺度下的自對(duì)準(zhǔn)與自定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了測(cè)頭的裝配及與外圍電路的電連接。
　　4.基于C8051F120單片機(jī)和ADS1274芯片,設(shè)計(jì)了壓阻測(cè)頭數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)三軸輸入通道進(jìn)行校準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)精密電源、前端通道、PCB板布局及后續(xù)數(shù)字濾波算法的優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)測(cè)頭三軸微弱電壓輸出的高精度實(shí)時(shí)同步采集。
　　5.對(duì)兩種測(cè)頭的測(cè)量范圍、線性、遲滯及分辨力分別進(jìn)行了測(cè)試,分析比較了兩種