微纳米CMM系统测试与应用研究

发布时间：2020-05-18 15:52

【摘要】：随着现代制造业的发展,出现了许多微型器件,要实现这些器件的三维测量对三坐标测量机测量精度提出了更高的要求。因此研究具有纳米级测量精度的三坐标测量机成为研究热点。本文主要研究的内容是基于已经研制成功的三维坐标测量仪器展开的系统测试与应用研究,针对现有三坐标测量机稳定性较差、测头输出信号耦合、测量对象比较局限、部分误差尚未修正等问题展开了研究,具体研究内容如下:1.为了提高激光干涉仪频率稳定性、消除测量误计数、降低测量中断频率,通过PID控制模块对激光器进行控温,保证激光器频率稳定。完成了对测量系统的漂移和噪声测试、机械回零测试、恒温箱温控测试、工作台定位误差测试、三轴定点重复性测试等。其中三轴定点触发重复性均在20 nm以内,恒温箱温度控制在±0.04℃范围内,工作台50 mm运动范围内定位误差在1μm以内。2.从三维测头的机械结构误差着手分析测头输出三路信号之间产生耦合的原因,搭建了测头标定系统,通过三维坐标测量机高精度定位平台对测头五个方向进行校正。最终根据不同触发方向分别建立四次多项式模型实现工作台位移和测头输出信号之间的转换,计算结果显示模型误差在±30 nm以内,测头校正模型基于Labview软件实现。3.通过测量量块、平晶、环规等标准工件体现三维坐标测量仪器测试功能,同时利用标准件实现测量机XY激光干涉仪耦合和XY工作台垂直度误差分离。测量结果显示量块长度测量偏差在30 nm左右,环规圆度误差经过补偿过后变为0.5μm。此外,还对k9平凸透镜几何轮廓进行测试,实现被测件的三维形貌测量。
【图文】：

图 1.2 分子测量机 M3Fig 1.2 Molecular measuring machine国联邦物理研究所（PTB）研制的 Special CMM[6]，如图 1.3 所示是在商业用的 CMM 上进行改良，三轴位移测量系统均采用双频实现位移和角度的同时测量。该三坐标测量机可以实现空间测量×40 mm×25 mm，三轴重复性误差在 10 nm 以内，总体不确定度为置双测头系统，由接触式的光纤感应测头配合面阵 CCD 光学成像。

PTB研制的SpecialCMM
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH721

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本文编号：2669953