基于三維微觸覺測頭的納米坐標(biāo)測量系統(tǒng).pdf

1、隨著超精密加工技術(shù)的不斷發(fā)展，對相應(yīng)測量手段的精度要求日益提高，特別是對微小非球面、自由曲面的高精度測量成為世界各國研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。納米三坐標(biāo)測量機(jī)因其高精度、通用性強(qiáng)、測量效率高、便于實(shí)現(xiàn)真正意義的三維測量等優(yōu)勢，成為了檢測微小復(fù)雜曲面的新型手段。本課題基于三維微觸覺測頭及納米測量機(jī)(NMM)組建了三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了微小復(fù)雜曲面的測量。本文涉及主要工作如下：
　　 (1)系統(tǒng)論述了納米坐標(biāo)測量機(jī)及三維微觸覺測頭的發(fā)展

2、現(xiàn)狀，并對目前在各國國家計(jì)量機(jī)構(gòu)研發(fā)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及商業(yè)化產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)介紹。
　　 (2)研究坐標(biāo)測量系統(tǒng)原理及數(shù)據(jù)處理方法，完成了納米坐標(biāo)測量系統(tǒng)構(gòu)建。采用了測量力小于1 mN，三維擴(kuò)展不確定度50 nm，基于壓阻效應(yīng)的三維微觸覺測頭Gannen XM配合測量范圍25 mm×25 mm×5 mm，分辨力為0.1 nm的納米測量機(jī)(NMM)作為測量系統(tǒng)主要部分；選取數(shù)據(jù)采集器NI-USB6259BNC作為測頭信號采集裝置，并依靠其模

3、擬輸出功能建立反饋控制系統(tǒng)；搭建照明觀察裝置及環(huán)境溫度控制裝置；完成了控制軟件及數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)。
　　 (3)完成了測頭及反饋系統(tǒng)性能分析。進(jìn)行測頭線性度分析、回程誤差計(jì)算，得到測頭線性度誤差0.6％，回程誤差0.24％；通過傾斜表面測試，確定了以空間位移為控制量的反饋手段；完成了測頭的標(biāo)定，即電壓信號和位移信號的轉(zhuǎn)換，實(shí)驗(yàn)證明轉(zhuǎn)換矩陣可靠。
　　 (4)檢驗(yàn)系統(tǒng)整體性能，進(jìn)行了典型樣品測試。設(shè)計(jì)了臺階高度、平面度、圓