微球球度測量機(jī)械系統(tǒng)研制.pdf

1、在納米技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用的微球球徑越來越小，如微納米三坐標(biāo)測量機(jī)（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(nèi)，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(shù)。
　　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(jié)構(gòu)的性能進(jìn)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(jié)構(gòu)器件立體空間的表面形貌測量提供技術(shù)。
　　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(gòu)建的掃描探針測頭對稱放置在微球大圓截面的兩側(cè)，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(yùn)動誤差

3、的影響。再通過旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)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(jìn)而獲得被測微球球度等特征尺寸。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括掃描探針測頭，測頭及被測微球裝夾、驅(qū)動結(jié)構(gòu)，被測微球旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，以及視覺引導(dǎo)對準(zhǔn)結(jié)構(gòu)等。本文對整個微球球度測量系統(tǒng)的構(gòu)建、調(diào)試進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后對測量系統(tǒng)中掃描探針測頭品質(zhì)因數(shù)、納米定位工作臺性能、掃描探針測頭粗對準(zhǔn)精度等進(jìn)行了相關(guān)測試實驗。
　　實驗結(jié)果表明，研制的微球球度測量系統(tǒng)掃描探針測頭