在微納測(cè)量領(lǐng)域,微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（micro-nano CMM）是用于微小型零器件測(cè)量的精密工具,其精度通�？刂圃跀�(shù)百納米。微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭頂端是一個(gè)直徑為數(shù)十至數(shù)百微米,球度為數(shù)十至數(shù)百納米的微球,微球的輪廓誤差量級(jí)與微納三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度等級(jí)近似,因此必須對(duì)微球輪廓進(jìn)行精確測(cè)量,從而修正微納坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誤差,保證測(cè)量機(jī)精度。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)微球的測(cè)量方法可以分為接觸式和非接觸式兩類:接觸式測(cè)量能達(dá)到較高精度,但依賴于研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的特定設(shè)備,如超精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī),超高精度回轉(zhuǎn)軸等;非接觸式測(cè)量主要利用光學(xué)方法,但受限于衍射極限影響,精度只能達(dá)到微米量級(jí)。本文在分析國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)上,根據(jù)現(xiàn)有條件,提出利用雙掃描探針（SPM,Scanning Probe Microscope）對(duì)微球輪廓進(jìn)行測(cè)量的方法,在實(shí)現(xiàn)接觸式測(cè)量高精度的基礎(chǔ)上避免了對(duì)特定超精密設(shè)備的依賴。本文將自制的大長(zhǎng)徑比鎢探針與石英音叉組合制備成高分辨力的掃描探針,雙探針在微球兩側(cè)相對(duì)測(cè)量的方法得到微球最大截面圓輪廓,通過(guò)測(cè)量多個(gè)最大橫截面圓輪廓組合得到微球的球輪廓。在截面圓測(cè)量過(guò)程中通過(guò)翻轉(zhuǎn)測(cè)量?jī)蓚�(gè)相對(duì)位置截面圓的方... 

【文章來(lái)源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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AFM針尖

合肥工業(yè)大學(xué)博士研究生學(xué)位論文 1.2.2 微球非接觸式測(cè)量進(jìn)展 相對(duì)接觸式測(cè)量方法，非接觸式方法有顯著優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損無(wú)傷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果不受接觸應(yīng)力影響且速度較快。臺(tái)灣大學(xué) Wen-Pin Shih 教授制備了用于micro-CMM 的直徑為 20 μm-80 μm 的微球，且利用 SEM 對(duì)制備好的微球圖像進(jìn)行拍攝并處理[44]，如圖 1.5 所示。

第一章緒論7（b）球體三維輪廓重構(gòu)思路圖1.6微球三維輪廓測(cè)量重構(gòu)方法Fig1.6Measurementandreconstructionofthemicrosphere圖1.6（b）顯示了Liang-ChiaChen教授利用采集的多幅光學(xué)圖像重構(gòu)微球三維輪廓的結(jié)果：其中子圖（a）顯示拍攝到的一個(gè)截面圓實(shí)際圖像，子圖（b）是對(duì)拍攝的截面圓圖像進(jìn)行反投影處理，子圖（c）表示利用最小區(qū)域法擬合得到的截面圓輪廓，子圖（d）是對(duì)被測(cè)對(duì)象的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，子圖（e）是利用最小區(qū)域法對(duì)表面輪廓點(diǎn)的重構(gòu)，子圖（f）顯示正在重建的微球三維輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，子圖（g）表示重構(gòu)后的球輪廓模型。這種方法通過(guò)將不同角度的2D圖像經(jīng)過(guò)映射得到3D輪廓信息，能夠?qū)崿F(xiàn)微球形貌的三維評(píng)價(jià)，但受到光學(xué)成像誤差的影響，測(cè)量精度為0.3μm。天津大學(xué)裘祖榮教授等利用激光共焦法對(duì)靶球幾何誤差進(jìn)行檢測(cè)[46]。利用共焦測(cè)頭得到直徑在亞毫米的慣性約束聚變靶球的輪廓信息，通過(guò)分析輪廓值分布信息，利用細(xì)分和目標(biāo)值提取方法得到微球輪廓的測(cè)量結(jié)果。該方法突破了傳統(tǒng)視覺(jué)方法微米級(jí)的精度，達(dá)到了亞微米級(jí)。北京理工大學(xué)趙維謙教授等利用激光差動(dòng)共焦法對(duì)激光聚變靶丸微球進(jìn)行形貌測(cè)量和球度評(píng)定[47]。利用差動(dòng)共焦系統(tǒng)中物鏡焦點(diǎn)與軸響應(yīng)曲線過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的特性對(duì)靶丸微球輪廓面定焦，檢測(cè)過(guò)程中，靶微球在兩正交方向旋轉(zhuǎn)從而得到多個(gè)輪廓截面，實(shí)現(xiàn)全輪廓測(cè)量，利用該方法測(cè)量直徑為876.90μm的靶微球，不確定度為0.15μm。歸納現(xiàn)有接觸和非接觸式方法的特點(diǎn)，可總結(jié)為：接觸式測(cè)量精度很高，但存在對(duì)特定關(guān)鍵設(shè)備的依賴問(wèn)題，如超精密旋轉(zhuǎn)軸系，超精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等；非接觸式測(cè)量檢測(cè)速度快，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損無(wú)傷檢測(cè)，但受限于光學(xué)誤差影響，精度僅能達(dá)到亞微米數(shù)量級(jí)，測(cè)量精度普遍不高，具體內(nèi)容見(jiàn)表格1.1。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]音叉光纖一體式三維諧振測(cè)頭優(yōu)化研究[J]. 丁鵬翔,章文,陳麗娟,程真英,黃強(qiáng)先.  計(jì)測(cè)技術(shù). 2019(02)
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博士論文
[1]異端類型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)原理及誤差修正技術(shù)研究[D]. 王晨晨.合肥工業(yè)大學(xué) 2012
[2]納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)及接觸式測(cè)頭技術(shù)研究[D]. 王偉麗.合肥工業(yè)大學(xué) 2008
[3]激光靶丸表面幾何狀態(tài)的測(cè)量系統(tǒng)及評(píng)價(jià)方法研究[D]. 趙學(xué)森.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]基于雙探針的微球球度檢測(cè)系統(tǒng)研制[D]. 羋夢(mèng).合肥工業(yè)大學(xué) 2019
[2]微球球度測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)研制[D]. 卞亞魁.合肥工業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3402289