基于視覺引導(dǎo)的三維納米觸發(fā)測(cè)頭系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，超精密加工技術(shù)的精度已經(jīng)可以達(dá)到納米級(jí)別，這些超精密元器件對(duì)微納米尺度的測(cè)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已經(jīng)無(wú)法適用，因此微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Micro-Nano Coordinate Measuring Machine，簡(jiǎn)稱微納米CMM)已經(jīng)成為當(dāng)今測(cè)量領(lǐng)域研究的熱門課題。而作為微納米CMM的核心部件，微納米CMM測(cè)頭的研究顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在微納米CMM測(cè)頭的研究上，已經(jīng)取得了一定的科研成果，但

2、是面對(duì)高測(cè)量效率、高精度、低測(cè)量力、具有三維空間測(cè)量能力等苛刻的要求，目前仍然沒有較為成熟的解決方案。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有的微納米CMM測(cè)頭測(cè)量效率低、測(cè)量精度低、測(cè)量力大等問題，提出了一種基于視覺引導(dǎo)的三維諧振觸發(fā)測(cè)量方案，并根據(jù)該方案設(shè)計(jì)了三維諧振觸發(fā)測(cè)頭系統(tǒng)。該測(cè)頭系統(tǒng)在三維方向上都具有小于1nm的觸發(fā)分辨力，小于10μN(yùn)的測(cè)量力，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微結(jié)構(gòu)試樣形貌的空間三維觸發(fā)測(cè)量。本文主要介紹的研究工作有:
　　1.三維觸發(fā)測(cè)

3、量的理論模型的建立:本文分析了三維諧振觸發(fā)測(cè)頭與被測(cè)物體表面動(dòng)態(tài)接觸的力學(xué)模型，在介觀尺度上研究和分析了測(cè)頭在三維方向上的觸發(fā)機(jī)理，建立了Z方向上輕敲模式(tapping mode)，X(Y)方向上摩擦模式(friction mode)的理論，使用matlab對(duì)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行模擬仿真，并對(duì)仿真的結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證。
　　2.系統(tǒng)軟件的編寫:結(jié)合視覺系統(tǒng)的引導(dǎo)，本測(cè)頭系統(tǒng)具有自動(dòng)逼近試樣的能力，從而達(dá)到高測(cè)量效率的目的。利用C++語(yǔ)言在