為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)室研制的微納米三坐標(biāo)測量機(jī)（Micro/Nano-CMM）能夠?qū)崿F(xiàn)對微結(jié)構(gòu)三維特征尺寸的高精度測量的目的,本文主要做了如下幾項工作:1、解決了微納米三坐標(biāo)測量機(jī)Z軸的驅(qū)動控制方面存在的問題,使Z軸能夠靈活、平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)不同模式的直線運(yùn)動。2、解決了Z軸長度測量傳感器線性衍射光柵干涉儀（LDGI）輸出信號不穩(wěn)定的問題,改進(jìn)了干涉信號的質(zhì)量,提高了位移解析的分辨率及精度。3、對該坐標(biāo)測量機(jī)使用的接觸掃描式探頭進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及信號處理方法上的改進(jìn),對坐標(biāo)測量機(jī)的探測誤差進(jìn)行了分離和校正,使探頭的三維測微重復(fù)性達(dá)到:X、Y軸優(yōu)于20nm,Z軸優(yōu)于4nm。4、對單軸進(jìn)行定位誤差的補(bǔ)償,主要是利用基于自準(zhǔn)直儀原理的角度測量傳感器感測出機(jī)臺在直線運(yùn)動過程中的俯仰偏擺角,以此補(bǔ)償長度測量中的阿貝誤差,大大提高了定位精度。5、在恒溫（20±0.03℃）、隔振的實(shí)驗(yàn)條件下,對該坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)的測試,包括對標(biāo)準(zhǔn)件的平面度、厚度、臺階高的高精度測試。 

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究的起源及目的
    1.2 國內(nèi)外納米三坐標(biāo)測量機(jī)（Nano-CMM）的研究進(jìn)展
        1.2.1 傳統(tǒng)三坐標(biāo)測量機(jī)和納米三坐標(biāo)測量機(jī)的區(qū)別
        1.2.2 國內(nèi)外納米三坐標(biāo)測量機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 其他研究單位的Nano-CMM情況概覽
    1.3 主要研究內(nèi)容
第二章 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)及原理
    2.1 整機(jī)架構(gòu)
        2.1.1 測量機(jī)主體機(jī)臺
        2.1.2 共平面二維運(yùn)動臺
        2.1.3 測量機(jī)的驅(qū)動部件
        2.1.4 測量機(jī)Z軸系統(tǒng)
        2.1.5 測量機(jī)探頭
        2.1.6 機(jī)器坐標(biāo)原點(diǎn)
    2.2 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)的測量傳感原理
        2.2.1 Michelson干涉儀測長原理
        2.2.2 LDGI測長原理
        2.2.3 基于自準(zhǔn)直儀的二維角度測量原理
    2.3 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)已有進(jìn)展及存在的問題
    2.4 本章小結(jié)
第三章 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)的性能改進(jìn)
    3.1 Z軸的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方面的改進(jìn)
        3.1.1 Z軸低速爬行與過沖的解決辦法
        3.1.2 導(dǎo)軌的精度
        3.1.3 驅(qū)動軟件參數(shù)的整定
    3.2 LDGI測長傳感器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)
        3.2.1 LDGI誤差分析
        3.2.2 LDGI結(jié)構(gòu)微調(diào)
    3.3 探頭的硬件優(yōu)化
        3.3.1 簧片的設(shè)計和蝕刻工藝
        3.3.2 探頭觸發(fā)判斷方法及觸發(fā)后回零重復(fù)性
        3.3.3 軟件清零對探頭觸發(fā)重復(fù)性的影響
        3.3.4 探頭的動態(tài)穩(wěn)定性研究
        3.3.5 探頭的靜態(tài)穩(wěn)定特性改進(jìn)
        3.3.6 恒溫環(huán)境控制系統(tǒng)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)誤差分離與修正
    4.1 誤差分離與修正的相關(guān)定義
    4.2 標(biāo)準(zhǔn)量示值誤差分離
    4.3 阿貝誤差分離
    4.4 線值誤差分離
    4.5 探測誤差的分離
    4.6 測量環(huán)境的保障
    4.7 本章小結(jié)
第五章 微納米三坐標(biāo)測量機(jī)的系統(tǒng)測試
    5.1 測試方法及規(guī)劃路徑
        5.1.1 測試方法
        5.1.2 標(biāo)準(zhǔn)件夾持方法
        5.1.3 測量路徑的規(guī)劃
    5.2 Z方向的階高測試結(jié)果
    5.3 X方向的厚度測試結(jié)果
    5.4 Y方向厚度測試結(jié)果
    5.5 模擬掃描模式測量量塊表面形貌
    5.6 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況
    1）參加的學(xué)術(shù)交流與科研項目
    2）發(fā)表的學(xué)術(shù)論文（含專利和軟件著作權(quán)）
    3）獲得的學(xué)術(shù)獎勵



本文編號：3659545