發(fā)布時間：2020-08-08 16:43

【摘要】：三維精密測量技術(shù)是機械工程領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,被廣泛應(yīng)用于微機電系統(tǒng)及微型元器件的精密測量和表征等領(lǐng)域,在很大程度上體現(xiàn)了一個國家的制造業(yè)發(fā)展水平。測頭是精密坐標測量機的關(guān)鍵部件,其性能直接影響到坐標測量機的整體精度。因此,開展用于精密幾何尺寸測量的新型測頭研究對提高零件加工質(zhì)量、促進精密測量技術(shù)進步以及先進制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。并聯(lián)機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)對稱、運動鏈短、運動精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點,將彈性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)運動副得到并聯(lián)柔性機構(gòu)將進一步消除機械摩擦和運動副間隙對精度的影響,特別適用于對運動精度高、動態(tài)響應(yīng)好等要求的測頭約束支承機構(gòu)。當并聯(lián)機構(gòu)位于奇異位形時,機構(gòu)對外載荷的擾動非常敏感,以Stewart并聯(lián)機構(gòu)動、定平臺重合時的奇異位形為工作位形,用柔性球鉸替代原機構(gòu)的剛性球鉸,固化原驅(qū)動副,構(gòu)造出一種新型并聯(lián)柔順機構(gòu),并將其應(yīng)用于精密測頭的約束支撐機構(gòu)�；诰�幾何與螺旋理論,簡要闡明了機構(gòu)處于工作位形時具有的自由度類型。利用并聯(lián)柔順支撐機構(gòu)的靜力學(xué)及分支桿剛度模型,構(gòu)造出測頭機構(gòu)的整體剛度矩陣,建立了測頭的測力-位移模型,通過數(shù)值模擬和有限元軟件驗證了理論分析的正確性。利用Solidworks和ANSYS Workbench的協(xié)同仿真分別探究了測頭x,y,z方向的靈敏度與測頭特征尺寸的關(guān)系,并通過正交試驗法優(yōu)化了測頭彈性支撐機構(gòu)的各項參數(shù)。通過有限元分析軟件ANSYS Workbench對測頭進行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和線性屈曲分析,得到了測頭的前六階固有頻率和振型、位移響應(yīng)曲線以及測頭在x軸,y軸和z軸方向的線性屈曲臨界載荷,并對并聯(lián)柔順約束測頭的動態(tài)特性進行了分析。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH112
【圖文】：

穩(wěn)定。測頭彈性結(jié)構(gòu)各向同性，分辨力達到３ｎｍ，的減小使分辨力得到進一步的改善。該測頭存在移動時，測計會發(fā)生繞著Ｚ軸旋轉(zhuǎn)的情況；當測移動時，在Ｘ、Ｙ方向?qū)a(chǎn)生微小的預(yù)行程。逡逑圖１邋ＮＰＬ研制的電容測頭結(jié)構(gòu)及實物逡逑ｉｇ．邋１邋Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ邋ｐｒｏｂｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋ＮＰ

第一章緒論電感式、光纖式和光學(xué)式。逡逑１．２．１電容式逡逑如１圖為英國國家物理實驗室（ＮＰＬ）研發(fā)出的一種基于電容傳感器的三維頭，測頭利用三個電容傳感器來檢測各方向的微小位移［１７］。該測頭的彈性支撐構(gòu)為三根呈１２０°均勻分布的鈹銅合金懸臂。測頭整體均采用了質(zhì)量小，剛度強材料，結(jié)構(gòu)輕巧穩(wěn)定。測頭彈性結(jié)構(gòu)各向同性，分辨力達到３ｎｍ，量程為２０并可以通過量程的減小使分辨力得到進一步的改善。該測頭存在一些缺陷：當頭沿著豎直方向移動時，測計會發(fā)生繞著Ｚ軸旋轉(zhuǎn)的情況；當測針不位于Ｚ軸且測頭沿著Ｚ軸移動時，在Ｘ、Ｙ方向?qū)a(chǎn)生微小的預(yù)行程。逡逑

圖３邋ＰＴＢ壓阻測頭結(jié)構(gòu)及實物逡逑Ｆｉｇ．邋３邋Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ邋ｐｒｏｂｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｄｅｓｉｇｎｅｄ邋ｂｙ邋ＰＴＢ逡逑如圖３所示，利用單晶硅的各向異性腐蝕特性，得到厚度約為２０ｐｍ？３０ｐｍ的逡逑薄膜和厚度４００）ａｍ的中心連接體，并借助離子束摻雜技術(shù)在薄膜上添加壓阻條作逡逑為敏感單元。薄膜整體大小為６．５ｘ６．５ｍｍ２，方形口大小為３＞＜３ｍｍ。薄膜背面有３逡逑組惠斯通電橋，分別可以獲取沿著Ｘ，Ｙ，邋Ｚ三軸方向移動的位移。當測端受到力逡逑的作用時，力由測桿傳遞給薄膜，引起薄膜的產(chǎn)生形變，然后借助敏感單元獲取逡逑變形量，最終得到測端的各向位移。該探頭在Ｘ，Ｙ，Ｚ方向上的重復(fù)性分別為４．４ｎｍ，逡逑４．４ｎｍ，邋１．３ｎｍ。逡逑１．２．３電感式逡逑瑞士聯(lián)邦計量檢定局（ＭＥＴＡＳ）研制了一種電磁式測頭，圖４和圖５分別為逡逑該測頭的結(jié)構(gòu)示意圖和實物圖。測頭材料主要為錯

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本文編號：2785825