微球球度測量機械系統(tǒng)研制.pdf

1、在納米技術領域，微球常被用作測量系統(tǒng)的測頭。隨著加工精度的不斷提高，精密器件特征尺寸趨于微型化，要求測量系統(tǒng)中應用的微球球徑越來越小，如微納米三坐標測量機（Micro-Nano Coordinate Measuring Machine，簡稱微納米CMM）要求其測頭探球球徑在數(shù)百微米以內，且球度要控制在數(shù)十納米量級甚至更高精度。然而，目前對于微球球度測量問題的研究仍處于探索階段，還沒有成熟的技術。
　　針對球徑在數(shù)十微米至亞毫米量級

2、的微球球度測量問題，本文提出一種可實現(xiàn)微球球度高精度測量的方法，研制了基于該方法的微球球度測量系統(tǒng)，并對系統(tǒng)結構的性能進行了初步測試。該系統(tǒng)除了可用于微球球度的高精度測量，也可為微米尺度上其他類似微球結構器件立體空間的表面形貌測量提供技術。
　　在研制的微球球度測量系統(tǒng)中，將兩個由大長徑比鎢探針和石英音叉構建的掃描探針測頭對稱放置在微球大圓截面的兩側，同時掃描微球大圓截面輪廓，采用差動方式測量，以克服微球三維測量時主軸徑向運動誤差

3、的影響。再通過旋轉結構實現(xiàn)對被測微球的多維度、多方向掃描測量，獲取微球球面的三維輪廓參數(shù)，進而獲得被測微球球度等特征尺寸。系統(tǒng)整體結構包括掃描探針測頭，測頭及被測微球裝夾、驅動結構，被測微球旋轉結構，以及視覺引導對準結構等。本文對整個微球球度測量系統(tǒng)的構建、調試進行了詳細介紹，最后對測量系統(tǒng)中掃描探針測頭品質因數(shù)、納米定位工作臺性能、掃描探針測頭粗對準精度等進行了相關測試實驗。
　　實驗結果表明，研制的微球球度測量系統(tǒng)掃描探針測頭