纳米三坐标测量机误差补偿及精度评定

发布时间：2017-08-24 14:51

  本文关键词：纳米三坐标测量机误差补偿及精度评定

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【摘要】：为了使纳米三坐标测量机可以对被测件的三维特征尺寸实现高精度测量,本文介绍的主要研究工作如下：1、对纳米三坐标测量机共平面XY二维平台传感器多自由度测量系统(Multi-degrees-of-freedom measurement system, MDFMS)进行了完善,增加了波长补偿模块及自动恒功率电路模块,并将其与迈克尔逊干涉仪模块有效结合,使得多自由度测量系统位移测量分辨率达到1 nm,波长稳定性优于10-,在20mm的行程内各点定位误差小于±20 nm,多次测量标准差小于15 nm,实现了平台运动的高精度位移测量；自准直仪模块可以有效测量平台在运动过程中俯仰偏摆角度,其分辨率可达0.1角秒,±100角秒测量范围内误差不超过±0.5角秒,由此可补偿对测量机影响显著的阿贝误差。2、对多自由度测量系统、Z轴位移传感器线性衍射光栅干涉仪(Linear Diffraction Grating Interferometer, LDGI)及探头内三维位移传感器进行了校正,通过与SIOS激光干涉仪、Renishaw激光干涉仪的对比、标定实验使得各部分的测量精度得到了有效的保证。3、将纳米三坐标测量机体积误差中主要包含的定位误差、角度误差、直线度误差、垂直度误差、阿贝误差、平面镜误差及镜面偏摆造成的光程差这些误差源逐一推导并架设实验进行补偿,有效减小了纳米三坐标测量机的体积误差。4、通过对高精度恒温箱及隔震平台的有效利用,减小了环境对纳米级测量的影响,并将经过误差补偿后的机台于纳米三维接触式扫描探头结合,实现了对透镜表面、平晶及量块的高精度测量。
【关键词】：纳米三坐标测量机 多自由度测量系统MDFMS 误差补偿
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH721
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 研究的起源及目的15-16
• 1.2 国内外纳米三坐标测量机的研究现状16-20
• 1.3 主要研究内容20-22
• 第二章 多自由度测量系统的研制22-36
• 2.1 多自由度测量系统总体结构22-23
• 2.2 迈克尔逊干涉仪模块23-26
• 2.2.1 迈克尔逊干涉仪测量原理23-24
• 2.2.2 迈克尔逊干涉仪校正24-26
• 2.3 自准直仪模块26-31
• 2.3.1 自准直仪原理26-27
• 2.3.2 自准直仪校正27-31
• 2.4 波长补偿模块31-33
• 2.4.1 波长补偿原理31-32
• 2.4.2 波长补偿模块校正32-33
• 2.5 自动恒功率电路33-35
• 2.5.1 自动恒功率电路原理34-35
• 2.5.2 自动恒功率电路校正35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 纳米三坐标测量机整体结构36-57
• 3.1 共平面XY二维平台结构36-39
• 3.2 宝塔型配重式Z轴结构39-41
• 3.3 超声波马达HR4及AB2驱动器41-43
• 3.4 线性衍射光栅干涉仪LDGI43-48
• 3.4.1 线性衍射光栅干涉仪LDGI基本原理43-45
• 3.4.2 线性衍射光栅干涉仪LDGI结构设计及校正45-48
• 3.5 接触扫描式探头48-52
• 3.5.1 接触扫描式探头结构设计48-49
• 3.5.2 接触扫描式探头校正49-52
• 3.6 纳米三坐标测量机环境控制52-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 纳米三坐标测量机误差分析及修正57-72
• 4.1 整机误差分析58-60
• 4.1.1 二维运动平台运动误差分析58-59
• 4.1.2 纳米三坐标机整机运动误差分析59-60
• 4.2 余弦误差60-61
• 4.3 平面镜误差测量61-63
• 4.4 镜面偏摆造成的光程差分析63
• 4.5 阿贝误差63-67
• 4.6 垂直度误差67-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第五章 测量实验72-81
• 5.1 纳米三坐标机稳定性测试72-73
• 5.2 探头扫描模式测量73-75
• 5.3 平面度测量实验75-76
• 5.4 台阶高测量实验76-78
• 5.5 探头震动特性研究78-80
• 5.6 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 研究总结81
• 6.2 研究工作展望81-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况86
• 1) 参加的学术交流与科研项目86
• 2) 发表的学术论文86
• 3) 获得的奖励86

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本文编号：731894