微纳米三坐标测量机性能改进及系统测试

发布时间：2022-07-12 17:26

　　为了达到实验室研制的微纳米三坐标测量机（Micro/Nano-CMM）能够实现对微结构三维特征尺寸的高精度测量的目的,本文主要做了如下几项工作:1、解决了微纳米三坐标测量机Z轴的驱动控制方面存在的问题,使Z轴能够灵活、平稳的实现不同模式的直线运动。2、解决了Z轴长度测量传感器线性衍射光栅干涉仪（LDGI）输出信号不稳定的问题,改进了干涉信号的质量,提高了位移解析的分辨率及精度。3、对该坐标测量机使用的接触扫描式探头进行了结构及信号处理方法上的改进,对坐标测量机的探测误差进行了分离和校正,使探头的三维测微重复性达到:X、Y轴优于20nm,Z轴优于4nm。4、对单轴进行定位误差的补偿,主要是利用基于自准直仪原理的角度测量传感器感测出机台在直线运动过程中的俯仰偏摆角,以此补偿长度测量中的阿贝误差,大大提高了定位精度。5、在恒温（20±0.03℃）、隔振的实验条件下,对该坐标测量机进行了系统的测试,包括对标准件的平面度、厚度、台阶高的高精度测试。 

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究的起源及目的
    1.2 国内外纳米三坐标测量机（Nano-CMM）的研究进展
        1.2.1 传统三坐标测量机和纳米三坐标测量机的区别
        1.2.2 国内外纳米三坐标测量机研究现状
        1.2.3 其他研究单位的Nano-CMM情况概览
    1.3 主要研究内容
第二章 微纳米三坐标测量机整机结构及原理
    2.1 整机架构
        2.1.1 测量机主体机台
        2.1.2 共平面二维运动台
        2.1.3 测量机的驱动部件
        2.1.4 测量机Z轴系统
        2.1.5 测量机探头
        2.1.6 机器坐标原点
    2.2 微纳米三坐标测量机的测量传感原理
        2.2.1 Michelson干涉仪测长原理
        2.2.2 LDGI测长原理
        2.2.3 基于自准直仪的二维角度测量原理
    2.3 微纳米三坐标测量机已有进展及存在的问题
    2.4 本章小结
第三章 微纳米三坐标测量机的性能改进
    3.1 Z轴的结构及驱动方面的改进
        3.1.1 Z轴低速爬行与过冲的解决办法
        3.1.2 导轨的精度
        3.1.3 驱动软件参数的整定
    3.2 LDGI测长传感器的结构改进
        3.2.1 LDGI误差分析
        3.2.2 LDGI结构微调
    3.3 探头的硬件优化
        3.3.1 簧片的设计和蚀刻工艺
        3.3.2 探头触发判断方法及触发后回零重复性
        3.3.3 软件清零对探头触发重复性的影响
        3.3.4 探头的动态稳定性研究
        3.3.5 探头的静态稳定特性改进
        3.3.6 恒温环境控制系统
    3.4 本章小结
第四章 微纳米三坐标测量机误差分离与修正
    4.1 误差分离与修正的相关定义
    4.2 标准量示值误差分离
    4.3 阿贝误差分离
    4.4 线值误差分离
    4.5 探测误差的分离
    4.6 测量环境的保障
    4.7 本章小结
第五章 微纳米三坐标测量机的系统测试
    5.1 测试方法及规划路径
        5.1.1 测试方法
        5.1.2 标准件夹持方法
        5.1.3 测量路径的规划
    5.2 Z方向的阶高测试结果
    5.3 X方向的厚度测试结果
    5.4 Y方向厚度测试结果
    5.5 模拟扫描模式测量量块表面形貌
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
    1）参加的学术交流与科研项目
    2）发表的学术论文（含专利和软件著作权）
    3）获得的学术奖励



本文编号：3659545