基于石英音叉谐振测头系统的微结构测量实验与研究
发布时间：2021-06-08 05:59
随着“中国制造2025”宏大计划的推进实施,先进制造技术中的微纳米测量技术和微细加工技术也迎来了迅速发展,诸多高端设备与精密仪器对于具有微纳米尺度特征的精密元器件的需求越来越大,对于它们的制造精度要求也越来越高。例如柴油发动机喷油嘴喷油孔的几何参数偏差对于其工作效率、燃油油耗以及污染物排放等具有显著影响;各种微型齿轮、螺纹、芯片、透镜、针阵列等精密元器件的工作性能也与其制造精度密切相关。高精度尺寸参数要求需要高精度检测技术和手段相匹配,因此用于精密元器件测量的微纳米三坐标测量机和在微纳米三坐标测量机中担任扫描或触发功能的测头系统已经成为研究的热点。在微纳米测量领域中,相对于外尺寸的测量而言,大深宽比内尺寸的测量更具难度,主要体现在测量空间狭小和测量深度要求带来的挑战。因此本文针对目前在微纳米内尺寸测量中存在的测量精度低、可测深宽比小、测量链复杂等问题,围绕着实验室自主研发的音叉光纤一体式三维谐振测头,搭建了相应测量系统,并选用具有设计指标的柴油机喷油嘴针阀体微锥孔进行测量,验证了该谐振测头的实用性,主要完成的工作如下:1.实验系统搭建:基于石英音叉谐振测头系统,结合高精度大行程三维纳米...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
METAS电感测头
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4荷兰埃因霍温理工大学（TUE）开发了一种基于压阻式应变规的三悬臂弹性测头[9]，该测头形状如图1.4所示。测头由测球、测杆、三角形拓扑悬臂梁构成。在三角形的悬臂上集成了微型压阻式应变片。当进行测量时，测球测杆端的位移通过三悬臂进行放大后，传递到压阻式应变规中，通过压阻阻值的变化情况可判断出测球端的位移情况。测球直径为300μm，测杆的长度最大可达8mm，测量力小于1mN。测头分辨力为1.2nm，三维的测量范围均为100μm。图1.4埃因霍温理工大学压阻式测头Fig1.4PiezoresistiveprobeofTUE瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）研制了一种电容式三维测头系统[10-11]，如图1.5所示，测头由电容传感器、重力补偿机构、三悬臂梁、固定环和测杆测球构成。其中，测杆测球连接在由两个固定环夹住的三悬臂梁中心，进行测量时，当测端与被测物接触时，测杆测球位置会产生偏移，从而引起三悬臂梁的微动，改变三个电容传感器的输出量，从而得到测球端的位移情况。此外，该测头还集成了重力补偿机构，用来平衡测杆测球重力，从而减轻三悬臂梁受到的压力。该测头的线性误差小于1%，三维探测精度小于1.3μm。图1.5苏黎世联邦理工学院电容测头Fig1.5CapacitanceprobeofETHZurich
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4荷兰埃因霍温理工大学（TUE）开发了一种基于压阻式应变规的三悬臂弹性测头[9]，该测头形状如图1.4所示。测头由测球、测杆、三角形拓扑悬臂梁构成。在三角形的悬臂上集成了微型压阻式应变片。当进行测量时，测球测杆端的位移通过三悬臂进行放大后，传递到压阻式应变规中，通过压阻阻值的变化情况可判断出测球端的位移情况。测球直径为300μm，测杆的长度最大可达8mm，测量力小于1mN。测头分辨力为1.2nm，三维的测量范围均为100μm。图1.4埃因霍温理工大学压阻式测头Fig1.4PiezoresistiveprobeofTUE瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）研制了一种电容式三维测头系统[10-11]，如图1.5所示，测头由电容传感器、重力补偿机构、三悬臂梁、固定环和测杆测球构成。其中，测杆测球连接在由两个固定环夹住的三悬臂梁中心，进行测量时，当测端与被测物接触时，测杆测球位置会产生偏移，从而引起三悬臂梁的微动，改变三个电容传感器的输出量，从而得到测球端的位移情况。此外，该测头还集成了重力补偿机构，用来平衡测杆测球重力，从而减轻三悬臂梁受到的压力。该测头的线性误差小于1%，三维探测精度小于1.3μm。图1.5苏黎世联邦理工学院电容测头Fig1.5CapacitanceprobeofETHZurich
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度微孔测量探头[J]. 李瑞君,许鹏,唐帅涛,范光照,程真英. 计量学报. 2018(05)
[2]基于蓝光DVD光学读取头的非接触式探头[J]. 程琳,李丹东,周斌,陈晶,李瑞君. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]基于PVDF的三维纳米谐振触发测头及定位系统[J]. 李志渤,黄强先,史科迪,韩彬,余惠娟. 机械工程学报. 2015(02)
[4]石英音叉三维谐振触发定位系统[J]. 余惠娟,黄强先,李志渤,史科迪,程真英. 仪器仪表学报. 2013(10)
[5]微纳米三坐标测量机测头的研究进展[J]. 黄强先,余惠娟,黄帅,钱剑钊. 中国机械工程. 2013(09)
[6]“Isara400”超精密坐标测量机的设计与标定（英文）[J]. Henny Spaan,Ivo Widdershoven,Rilpho Donker. 光学精密工程. 2011(09)
[7]精密微小内尺度测量技术研究进展[J]. 崔继文,谭久彬,宋传曦. 中国机械工程. 2010(01)
[8]基于双光纤耦合的微深孔测量方法[J]. 崔继文,谭久彬,刘洋. 红外与激光工程. 2009(01)
[9]关于喷油嘴非接触测量方法的研究[J]. 蔡小强,李明,李伟. 现代机械. 2008(05)
[10]超精密微机械制造技术研究进展[J]. 于化东. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D]. 王伟丽.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]柴油机锥形孔喷嘴内空穴流动及其对喷雾影响的试验研究[D]. 陶希成.江苏大学 2016
[2]一种基于压电薄膜的三维谐振触发测头系统设计[D]. 李志渤.合肥工业大学 2014
本文编号：3217813
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
METAS电感测头
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4荷兰埃因霍温理工大学（TUE）开发了一种基于压阻式应变规的三悬臂弹性测头[9]，该测头形状如图1.4所示。测头由测球、测杆、三角形拓扑悬臂梁构成。在三角形的悬臂上集成了微型压阻式应变片。当进行测量时，测球测杆端的位移通过三悬臂进行放大后，传递到压阻式应变规中，通过压阻阻值的变化情况可判断出测球端的位移情况。测球直径为300μm，测杆的长度最大可达8mm，测量力小于1mN。测头分辨力为1.2nm，三维的测量范围均为100μm。图1.4埃因霍温理工大学压阻式测头Fig1.4PiezoresistiveprobeofTUE瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）研制了一种电容式三维测头系统[10-11]，如图1.5所示，测头由电容传感器、重力补偿机构、三悬臂梁、固定环和测杆测球构成。其中，测杆测球连接在由两个固定环夹住的三悬臂梁中心，进行测量时，当测端与被测物接触时，测杆测球位置会产生偏移，从而引起三悬臂梁的微动，改变三个电容传感器的输出量，从而得到测球端的位移情况。此外，该测头还集成了重力补偿机构，用来平衡测杆测球重力，从而减轻三悬臂梁受到的压力。该测头的线性误差小于1%，三维探测精度小于1.3μm。图1.5苏黎世联邦理工学院电容测头Fig1.5CapacitanceprobeofETHZurich
合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4荷兰埃因霍温理工大学（TUE）开发了一种基于压阻式应变规的三悬臂弹性测头[9]，该测头形状如图1.4所示。测头由测球、测杆、三角形拓扑悬臂梁构成。在三角形的悬臂上集成了微型压阻式应变片。当进行测量时，测球测杆端的位移通过三悬臂进行放大后，传递到压阻式应变规中，通过压阻阻值的变化情况可判断出测球端的位移情况。测球直径为300μm，测杆的长度最大可达8mm，测量力小于1mN。测头分辨力为1.2nm，三维的测量范围均为100μm。图1.4埃因霍温理工大学压阻式测头Fig1.4PiezoresistiveprobeofTUE瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH）研制了一种电容式三维测头系统[10-11]，如图1.5所示，测头由电容传感器、重力补偿机构、三悬臂梁、固定环和测杆测球构成。其中，测杆测球连接在由两个固定环夹住的三悬臂梁中心，进行测量时，当测端与被测物接触时，测杆测球位置会产生偏移，从而引起三悬臂梁的微动，改变三个电容传感器的输出量，从而得到测球端的位移情况。此外，该测头还集成了重力补偿机构，用来平衡测杆测球重力，从而减轻三悬臂梁受到的压力。该测头的线性误差小于1%，三维探测精度小于1.3μm。图1.5苏黎世联邦理工学院电容测头Fig1.5CapacitanceprobeofETHZurich
【参考文献】：
期刊论文
[1]高精度微孔测量探头[J]. 李瑞君,许鹏,唐帅涛,范光照,程真英. 计量学报. 2018(05)
[2]基于蓝光DVD光学读取头的非接触式探头[J]. 程琳,李丹东,周斌,陈晶,李瑞君. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2017(05)
[3]基于PVDF的三维纳米谐振触发测头及定位系统[J]. 李志渤,黄强先,史科迪,韩彬,余惠娟. 机械工程学报. 2015(02)
[4]石英音叉三维谐振触发定位系统[J]. 余惠娟,黄强先,李志渤,史科迪,程真英. 仪器仪表学报. 2013(10)
[5]微纳米三坐标测量机测头的研究进展[J]. 黄强先,余惠娟,黄帅,钱剑钊. 中国机械工程. 2013(09)
[6]“Isara400”超精密坐标测量机的设计与标定（英文）[J]. Henny Spaan,Ivo Widdershoven,Rilpho Donker. 光学精密工程. 2011(09)
[7]精密微小内尺度测量技术研究进展[J]. 崔继文,谭久彬,宋传曦. 中国机械工程. 2010(01)
[8]基于双光纤耦合的微深孔测量方法[J]. 崔继文,谭久彬,刘洋. 红外与激光工程. 2009(01)
[9]关于喷油嘴非接触测量方法的研究[J]. 蔡小强,李明,李伟. 现代机械. 2008(05)
[10]超精密微机械制造技术研究进展[J]. 于化东. 长春理工大学学报(自然科学版). 2008(03)
博士论文
[1]纳米三坐标测量机机械结构及接触式测头技术研究[D]. 王伟丽.合肥工业大学 2008
硕士论文
[1]柴油机锥形孔喷嘴内空穴流动及其对喷雾影响的试验研究[D]. 陶希成.江苏大学 2016
[2]一种基于压电薄膜的三维谐振触发测头系统设计[D]. 李志渤.合肥工业大学 2014
本文编号：3217813
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