本文關(guān)鍵詞：微納米三坐標(biāo)接觸式探頭優(yōu)化設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 接觸式探頭 光學(xué)傳感器 彈性機(jī)構(gòu)

【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,按照結(jié)構(gòu)可分為觸發(fā)式和掃描式兩類(lèi)。論文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外微納米三維探頭的發(fā)展現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上提出并研制了具有高靈敏度的三維微納米接觸觸發(fā)式和掃描式測(cè)量探頭,并從原理和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面詳細(xì)介紹這兩種探頭。兩種探頭都主要由彈性機(jī)構(gòu)、三自由度光學(xué)傳感器和調(diào)整結(jié)構(gòu)三個(gè)部分組成。觸發(fā)式與掃描式探頭的彈性機(jī)構(gòu)分別為單層簧片結(jié)構(gòu)與雙層簧片結(jié)構(gòu),建立了剛度模型,對(duì)兩個(gè)探頭的彈性模型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并得出了最佳結(jié)構(gòu)參數(shù),通過(guò)Solidworks simulation仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的正確性；光學(xué)傳感器分別基于自準(zhǔn)直原理與原子力顯微鏡(AFM)原理,分析靈敏度模型,優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)；調(diào)節(jié)調(diào)整機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)探頭三個(gè)方向位移的感測(cè)。兩種探頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉并且裝調(diào)方便�；赑I(Physical Instrument)微動(dòng)平臺(tái),搭建了不同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)組裝好的探頭進(jìn)行彈性機(jī)構(gòu)性能測(cè)試以及探頭重復(fù)性、分辨率、感測(cè)范圍、穩(wěn)定度測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：彈性機(jī)構(gòu)水平方向與豎直方向的剛度近似相等且均約為0.7 mN/μm,且雙層結(jié)構(gòu)的剛度為單層結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果的2倍。觸發(fā)式探頭觸發(fā)點(diǎn)重復(fù)性為15 nm; X、Y、Z三個(gè)方向最小分辨率均小于為3 nm。掃描式探頭觸發(fā)點(diǎn)重復(fù)性在12 nm以?xún)?nèi)；豎直方向最小分辨率小于4 nm。因此探頭可被應(yīng)用于微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上。
【關(guān)鍵詞】：納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 接觸式探頭 光學(xué)傳感器 彈性機(jī)構(gòu)
【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】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH721
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-20
• 1.1 研究起源與目的15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析15-18
• 1.2.1 電容式15-16
• 1.2.2 電阻式16
• 1.2.3 電感式16-17
• 1.2.4 光纖探針式17
• 1.2.5 光學(xué)傳感式17-18
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 微納米三維接觸式探頭結(jié)構(gòu)及原理20-43
• 2.1 探頭器件原理介紹20-25
• 2.1.1 QPD原理20
• 2.1.2 彈性機(jī)構(gòu)原理20-24
• 2.1.3 彈性機(jī)構(gòu)仿真分析對(duì)比24
• 2.1.4 單層和雙層彈性機(jī)構(gòu)仿真分析對(duì)比24-25
• 2.2 觸發(fā)探頭結(jié)構(gòu)及原理25-29
• 2.2.1 整體結(jié)構(gòu)及原理25-26
• 2.2.2 光學(xué)傳感器原理26-27
• 2.2.3 靈敏度模型分析27-29
• 2.3 掃描式探頭結(jié)構(gòu)及原理29-39
• 2.3.1 整體結(jié)構(gòu)及原理29-31
• 2.3.2 光學(xué)傳感器原理31-32
• 2.3.3 靈敏度模型分析32-39
• 2.4 探頭的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)39-41
• 2.4.1 I/V轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)39-40
• 2.4.2 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)40
• 2.4.3 信號(hào)運(yùn)算電路設(shè)計(jì)40-41
• 2.4.4 數(shù)據(jù)采集41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第三章 微納米三維接觸式探頭性能測(cè)試43-59
• 3.1 彈性機(jī)構(gòu)剛度測(cè)試43-44
• 3.2 觸發(fā)式探頭性能測(cè)試44-50
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置44
• 3.2.2 重復(fù)性測(cè)試44-47
• 3.2.3 最小分辨率測(cè)試47-49
• 3.2.4 感測(cè)范圍49
• 3.2.5 穩(wěn)定度測(cè)試49-50
• 3.3 掃描式探頭性能測(cè)試50-58
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置50-51
• 3.3.2 重復(fù)性測(cè)試51-55
• 3.3.3 最小分辨率測(cè)試55-56
• 3.3.4 簧片振動(dòng)測(cè)試56-57
• 3.3.5 感測(cè)范圍57
• 3.3.6 穩(wěn)定性測(cè)試57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第四章 微納米三維接觸式探頭校正及改進(jìn)方案59-66
• 4.1 探頭的校正59-62
• 4.1.1 探針與懸浮片不垂直59-60
• 4.1.2 觸碰測(cè)球的平面與其運(yùn)動(dòng)方向不垂直60
• 4.1.3 探頭坐標(biāo)系與PI坐標(biāo)系不完全一致60-61
• 4.1.4 PI坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系不完全一致61-62
• 4.2 探頭的改進(jìn)62-65
• 4.2.1 雙層彈性機(jī)構(gòu)改進(jìn)62-63
• 4.2.2 光學(xué)傳感器改進(jìn)63-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 研究總結(jié)66-67
• 5.2 研究工作展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況71
• 1) 參加的學(xué)術(shù)交流與科研項(xiàng)目71
• 2) 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文71
• 3) 發(fā)表專(zhuān)利71
• 4) 獲得的獎(jiǎng)勵(lì)71

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