本文關鍵詞：基于坐標測量的石英音叉測頭誤差分析及標定

  更多相關文章： 三坐標測量機 石英音叉測頭 諧振頻率 誤差分析 測頭標定

【摘要】：微納制造業(yè)的迅猛發(fā)展,也帶動著測量技術的不斷提高。原子力顯微鏡和三坐標測量機等也以其各有的優(yōu)勢在不同測量領域得到廣泛的應用。原子力顯微鏡能以納米級精度測得微納器件的面型特征,但其測量范圍有限;而傳統(tǒng)的三坐標測量機雖然可以完成大范圍的面型測量,但由于測頭的限制導致其測量精度無法達到納米級。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量問題,本文提出了基于三坐標測量機的新型諧振測頭的研究。這種諧振測頭是一種新型的石英音叉式測頭,其特點就是能進行自感應自激勵,無需外設的傳感器和光學測量儀器,測頭結構緊湊小巧。將其與微納三坐標測量機相結合,并對測頭進行性能標定和誤差分析后,就能保證大范圍高精度的測量結果。因此為了在微納坐標測量機上更好的應用這種測頭系統(tǒng),確立并減小誤差因素,本論文主要做了如下工作。首先根據這種石英音叉測頭的外形結構及受力特點建立力學模型,從力學原理上了解測頭的振動特性并確定測頭的工作模式;然后建立音叉測頭的電學模型,通過分析傳遞函數(shù)得出測頭的幅頻特性曲線,并基于測頭的電路控制原理,分析電路中存在的噪音影響,并盡量予以消除。其次對測頭的控制電路參數(shù)進行調節(jié),消除測頭內部噪聲對測頭性能的影響,使測頭達到優(yōu)化的狀態(tài)。然后對測頭的各項特性進行參數(shù)標定,明確測頭機械振幅與控制電路輸出電壓之間的關系,進行測頭自身工作性能的測試以及測頭進退針實驗和靈敏度的標定。經過標定后的測頭可以通過測量標準臺階,對其整體測量精度指標進行標定。最后對測頭測量過程中存在的誤差影響因素進行定性和定量分析,分別從測頭自身的機械結構特性、測頭的控制電路以及環(huán)境因素等幾個方面分析誤差來源,然后通過實驗驗證這些影響因素對測頭測量造成的誤差大小,并對所有誤差進行綜合評定,保證測頭誤差大小在0.1μm之內。其中機械結構特性主要是測頭振動的對稱性,控制電路部分則主要是電路內部噪聲,環(huán)境因素則包含了電磁干擾、溫度、氣流以及外界振動等的影響。
【關鍵詞】：三坐標測量機 石英音叉測頭 諧振頻率 誤差分析 測頭標定
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH721
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 國內外測頭系統(tǒng)的研究分類10-14
• 1.2.2 微納米測量測頭系統(tǒng)國內外研究現(xiàn)狀分析14-15
• 1.3 課題研究的主要內容15-16
• 第2章 石英音叉測頭工作模式研究16-29
• 2.1 引言16
• 2.2 石英音叉測頭的基本工作原理16-20
• 2.2.1 音叉測頭的機械結構特性分析16-18
• 2.2.2 音叉測頭的工作原理及力學模型18-20
• 2.3 石英音叉測頭的控制電路原理20-26
• 2.3.1 音叉測頭的電學模型建立20-22
• 2.3.2 音叉測頭的控制電路分析22-26
• 2.4 石英音叉測頭的基本工作模式26-28
• 2.4.1 輕敲式探針的頻率調制模式26-27
• 2.4.2 頻率調制模式下探針的逼近原理27-28
• 2.5 本章小結28-29
• 第3章 石英音叉測頭的標定技術研究29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 音叉測頭系統(tǒng)的硬件組成29-31
• 3.3 音叉測頭前置放大信號處理31-34
• 3.3.1 測頭內部微弱信號的提取方法31-32
• 3.3.2 測頭內部寄生電容的補償實驗32-34
• 3.4 音叉測頭的標定34-43
• 3.4.1 測頭的機電耦合系數(shù)標定35-37
• 3.4.2 測頭的性能測試37-40
• 3.4.3 測頭的進針實驗及靈敏度標定40-42
• 3.4.4 標準臺階的測量實驗42-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第4章 測頭系統(tǒng)的誤差影響因素分析及精度評價44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 音叉測頭系統(tǒng)及其測量環(huán)境44-45
• 4.3 測頭自身機械結構影響分析45-46
• 4.4 控制電路靜態(tài)噪音測試實驗46-47
• 4.5 影響測頭性能的環(huán)境因素47-52
• 4.5.1 電磁干擾對測頭性能的影響48-49
• 4.5.2 環(huán)境溫度對測頭性能的影響49
• 4.5.3 外界振動對測頭性能的影響49-50
• 4.5.4 氣流對測頭性能的影響50-52
• 4.6 測頭的單點重復性測量實驗52-54
• 4.7 測頭系統(tǒng)測量精度評價54-55
• 4.8 本章小結55-56
• 結論56-57
• 參考文獻57-62
• 致謝62

【參考文獻】

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本文編號：913504