本文關(guān)鍵詞：基于坐標(biāo)測(cè)量的石英音叉測(cè)頭誤差分析及標(biāo)定

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【摘要】：微納制造業(yè)的迅猛發(fā)展,也帶動(dòng)著測(cè)量技術(shù)的不斷提高。原子力顯微鏡和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等也以其各有的優(yōu)勢(shì)在不同測(cè)量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。原子力顯微鏡能以納米級(jí)精度測(cè)得微納器件的面型特征,但其測(cè)量范圍有限;而傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)雖然可以完成大范圍的面型測(cè)量,但由于測(cè)頭的限制導(dǎo)致其測(cè)量精度無(wú)法達(dá)到納米級(jí)。為了解決半球陀螺球碗尺寸與球面精度的大范圍高精度測(cè)量問(wèn)題,本文提出了基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的新型諧振測(cè)頭的研究。這種諧振測(cè)頭是一種新型的石英音叉式測(cè)頭,其特點(diǎn)就是能進(jìn)行自感應(yīng)自激勵(lì),無(wú)需外設(shè)的傳感器和光學(xué)測(cè)量?jī)x器,測(cè)頭結(jié)構(gòu)緊湊小巧。將其與微納三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)相結(jié)合,并對(duì)測(cè)頭進(jìn)行性能標(biāo)定和誤差分析后,就能保證大范圍高精度的測(cè)量結(jié)果。因此為了在微納坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上更好的應(yīng)用這種測(cè)頭系統(tǒng),確立并減小誤差因素,本論文主要做了如下工作。首先根據(jù)這種石英音叉測(cè)頭的外形結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)建立力學(xué)模型,從力學(xué)原理上了解測(cè)頭的振動(dòng)特性并確定測(cè)頭的工作模式;然后建立音叉測(cè)頭的電學(xué)模型,通過(guò)分析傳遞函數(shù)得出測(cè)頭的幅頻特性曲線,并基于測(cè)頭的電路控制原理,分析電路中存在的噪音影響,并盡量予以消除。其次對(duì)測(cè)頭的控制電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),消除測(cè)頭內(nèi)部噪聲對(duì)測(cè)頭性能的影響,使測(cè)頭達(dá)到優(yōu)化的狀態(tài)。然后對(duì)測(cè)頭的各項(xiàng)特性進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定,明確測(cè)頭機(jī)械振幅與控制電路輸出電壓之間的關(guān)系,進(jìn)行測(cè)頭自身工作性能的測(cè)試以及測(cè)頭進(jìn)退針實(shí)驗(yàn)和靈敏度的標(biāo)定。經(jīng)過(guò)標(biāo)定后的測(cè)頭可以通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階,對(duì)其整體測(cè)量精度指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)定。最后對(duì)測(cè)頭測(cè)量過(guò)程中存在的誤差影響因素進(jìn)行定性和定量分析,分別從測(cè)頭自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性、測(cè)頭的控制電路以及環(huán)境因素等幾個(gè)方面分析誤差來(lái)源,然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這些影響因素對(duì)測(cè)頭測(cè)量造成的誤差大小,并對(duì)所有誤差進(jìn)行綜合評(píng)定,保證測(cè)頭誤差大小在0.1μm之內(nèi)。其中機(jī)械結(jié)構(gòu)特性主要是測(cè)頭振動(dòng)的對(duì)稱性,控制電路部分則主要是電路內(nèi)部噪聲,環(huán)境因素則包含了電磁干擾、溫度、氣流以及外界振動(dòng)等的影響。
【關(guān)鍵詞】：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 石英音叉測(cè)頭 諧振頻率 誤差分析 測(cè)頭標(biāo)定
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH721
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來(lái)源及研究的背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來(lái)源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外測(cè)頭系統(tǒng)的研究分類10-14
• 1.2.2 微納米測(cè)量測(cè)頭系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析14-15
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 第2章 石英音叉測(cè)頭工作模式研究16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 石英音叉測(cè)頭的基本工作原理16-20
• 2.2.1 音叉測(cè)頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性分析16-18
• 2.2.2 音叉測(cè)頭的工作原理及力學(xué)模型18-20
• 2.3 石英音叉測(cè)頭的控制電路原理20-26
• 2.3.1 音叉測(cè)頭的電學(xué)模型建立20-22
• 2.3.2 音叉測(cè)頭的控制電路分析22-26
• 2.4 石英音叉測(cè)頭的基本工作模式26-28
• 2.4.1 輕敲式探針的頻率調(diào)制模式26-27
• 2.4.2 頻率調(diào)制模式下探針的逼近原理27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 石英音叉測(cè)頭的標(biāo)定技術(shù)研究29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 音叉測(cè)頭系統(tǒng)的硬件組成29-31
• 3.3 音叉測(cè)頭前置放大信號(hào)處理31-34
• 3.3.1 測(cè)頭內(nèi)部微弱信號(hào)的提取方法31-32
• 3.3.2 測(cè)頭內(nèi)部寄生電容的補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)32-34
• 3.4 音叉測(cè)頭的標(biāo)定34-43
• 3.4.1 測(cè)頭的機(jī)電耦合系數(shù)標(biāo)定35-37
• 3.4.2 測(cè)頭的性能測(cè)試37-40
• 3.4.3 測(cè)頭的進(jìn)針實(shí)驗(yàn)及靈敏度標(biāo)定40-42
• 3.4.4 標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)階的測(cè)量實(shí)驗(yàn)42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 測(cè)頭系統(tǒng)的誤差影響因素分析及精度評(píng)價(jià)44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 音叉測(cè)頭系統(tǒng)及其測(cè)量環(huán)境44-45
• 4.3 測(cè)頭自身機(jī)械結(jié)構(gòu)影響分析45-46
• 4.4 控制電路靜態(tài)噪音測(cè)試實(shí)驗(yàn)46-47
• 4.5 影響測(cè)頭性能的環(huán)境因素47-52
• 4.5.1 電磁干擾對(duì)測(cè)頭性能的影響48-49
• 4.5.2 環(huán)境溫度對(duì)測(cè)頭性能的影響49
• 4.5.3 外界振動(dòng)對(duì)測(cè)頭性能的影響49-50
• 4.5.4 氣流對(duì)測(cè)頭性能的影響50-52
• 4.6 測(cè)頭的單點(diǎn)重復(fù)性測(cè)量實(shí)驗(yàn)52-54
• 4.7 測(cè)頭系統(tǒng)測(cè)量精度評(píng)價(jià)54-55
• 4.8 本章小結(jié)55-56
• 結(jié)論56-57
• 參考文獻(xiàn)57-62
• 致謝62

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

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本文編號(hào)：913504