【摘要】：接觸式探頭作為微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要組成部分之一,對(duì)測(cè)量機(jī)的測(cè)量精度有重大影響。鈹青銅簧片作為接觸式探頭的關(guān)鍵元件,其加工精度直接決定了探頭的測(cè)量精度和適用性。為了解決鈹青銅簧片加工精度低、加工成本高以及難以加工復(fù)雜圖案簧片等問(wèn)題,本文完成了以下主要工作:1.對(duì)國(guó)內(nèi)外接觸式探頭彈性機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié),對(duì)簧片制造工藝進(jìn)行了總結(jié)。2.基于銅與過(guò)硫酸鈉溶液的化學(xué)反應(yīng)原理,詳細(xì)介紹了化學(xué)蝕刻法加工鈹青銅簧片的八個(gè)步驟及其注意事項(xiàng)。3.設(shè)計(jì)并進(jìn)行了田口實(shí)驗(yàn)以尋找最佳工藝參數(shù),經(jīng)過(guò)信噪比計(jì)算、平均值分析以及方差分析,得到了最佳工藝參數(shù):蝕刻劑與水的最佳質(zhì)量比為1:5,蝕刻劑溶液的最佳溫度為50℃,最佳曝光時(shí)間為2 min30s。4.利用該技術(shù)成功制作了可供探頭使用的4V形簧片及其他復(fù)雜圖案的簧片,通過(guò)與線切割制得簧片進(jìn)行對(duì)比,證明該方法加工的簧片具有更高的加工精度和更好的使用效果。5.利用基于雙層簧片結(jié)構(gòu)的接觸式掃描探頭進(jìn)行蝕刻法加工簧片的實(shí)用性驗(yàn)證。搭建了實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)探頭關(guān)鍵性能進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果顯示探頭X、Y、Z三個(gè)方向的測(cè)量重復(fù)性均小于20 nm,量程為±10μm×±10μm×10μm,最小分辨率達(dá)到5 nm,探頭在30分鐘內(nèi)的漂移小于25 nm。測(cè)試結(jié)果證明蝕刻法加工的簧片具有很好的實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH721
【圖文】：

1. 1 荷蘭 Eindhoven 大學(xué)的彈簧式彈性機(jī)構(gòu).1 The elastic machanism of Eindhoven Universiysikalisch-Technische Bundesanstalt，簡(jiǎn)稱istor)為感測(cè)元件[32]。用微細(xì)加工技術(shù)制造成彈性機(jī)構(gòu)，整片的硅薄膜作為簧片，如膜受力產(chǎn)生變形，變形量由貼在薄膜上的移值。該探頭在 X、Y、Z 方向上的測(cè)量。該探頭受到硅薄膜材料延展性較差的影

1 荷蘭 Eindhoven 大學(xué)的彈簧式彈性機(jī)he elastic machanism of Eindhoven Univikalisch-Technische Bundesanstalt，簡(jiǎn)r)為感測(cè)元件[32]。用微細(xì)加工技術(shù)彈性機(jī)構(gòu)，整片的硅薄膜作為簧片受力產(chǎn)生變形，變形量由貼在薄膜值。該探頭在 X、Y、Z 方向上的測(cè)該探頭受到硅薄膜材料延展性較差的

圖 1. 3 METAS 的鉸鏈?zhǔn)綇椥詸C(jī)構(gòu)Fig 1.3 The elastic machanism of METAS線式彈性機(jī)構(gòu)大學(xué)和合肥工業(yè)大學(xué)的范光照教授等人研制的基于 4 個(gè) DVD 光觸式探頭[35]，其彈性機(jī)構(gòu)如圖 1.4 所示。探頭采用懸線式彈性機(jī)于懸浮片的中心位置，懸浮片上對(duì)稱布置四塊平面反射鏡，懸浮線吊起來(lái)。懸線式結(jié)構(gòu)令該探頭實(shí)現(xiàn)了高精度、小測(cè)力的實(shí)驗(yàn)效重復(fù)性可達(dá) 10 nm，預(yù)行程變化量在水平方向上小于 15 nm，水平均值為 109 μN(yùn)，豎直方向測(cè)量力平均值僅為 59 μN(yùn)。但是采用懸彈性機(jī)構(gòu)，懸線的張力大小無(wú)法精確控制，張力大小隨著時(shí)間改復(fù)性也會(huì)隨之變差。

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