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简论干涉仪纳米三坐标测量机模拟式探头系统实验任务书

收藏本文 2024-04-03 点赞:32925 浏览:147123 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:对微器件系统进行高精度测量的增加需求引起了微/纳测量技术的快速进展。传统的三坐标测量机(CMM)由于测量系统的局限性往往只能测量微米或者亚微米级别的器件。作为三坐标测量机最重要的部分,探头的精度能否达到纳米级别决定着整体三坐标测量机的精度级别。本论文提出了一种适用于纳米三坐标测量机的新型高精度接触模拟式探头。该探头基于DVD激光读取头、Michelson干涉仪工作原理。探头构成元件包括带有红宝石球头的测杆、悬浮机构和内部感测传感器。测杆固定在十字架中心位置,十字架通过四抓型簧片悬浮机构与探头外壳连接。当测球接触工件时,测杆偏离,簧片发生弹性变形,粘贴在十字架上的平面反射镜的位置将产生位移变化。这些位移将被探头内部传感器探测得到。本论文针对纳米三坐标测量机模拟式探头的测量范围、测长分辨力与重复性精度的要求,通过改善探头内部传感器、设计高灵敏的悬浮机构与优化数据处理策略等途径来实现要求。建立了探头性能测试实验系统,测试探头的性能。测试实验结果表明本论文设计的探头在x,y,z各个方向上的测量范围均为±20μm;通过硬件与软件的结合,测长分辨力可以达到1nm;当四抓型铍青铜簧片厚为0.1mm,宽为2mm时,探头单方向单输出重复性标准差小于49nm,探头水平方向位移为20μm时,最大测力为11.5mN,垂直方向位移为20μm时测力平均值为12.2mN。本论文还提出了一种基于整体最小二乘法的模拟式探头标定策略,且标定实验证明该策略具有一定的可行性。关键词:纳米三坐标测量机论文DVD激光读取头论文Michelson干涉仪论文模拟式探头论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-8

    致谢8-15

    第1章 绪论15-21

    1.1 探讨背景15-16

    1.2 国内外探头的探讨进展16-19

    1.3 本课题探讨的目的、作用、主要内容及其来源19-21

    1.3.1 目的作用19-20

    1.3.2 主要内容20

    1.3.3 课题来源20-21

    第2章 模拟式探头系统的工作原理21-30

    2.1 二维角度测量系统的工作原理21-27

    2.1.1 DVD 激光读取头感测原理21-22

    2.1.2 四象限光电传感器22-23

    2.1.3 自动准直仪的原理23-24

    2.1.4 二维角度测量系统24-27

    2.2 一维位移测量系统的工作原理27-30

    2.2.1 干涉测量原理27-28

    2.2.2 Michelson 激光干涉仪工作原理28-30

    第3章 模拟式探头系统的构建30-36

    3.1 模拟式探头的组件介绍30-33

    3.1.1 传感器组件的选用30-31

    3.1.2 探头调整机构的设计31-32

    3.1.3 探头悬浮机构的设计32-33

    3.1.4 测杆与测球的选取33

    3.2 探头结构参数33-34

    3.3 探头组装34

    3.4 探头数据采集与处理系统34-36

    3.4.1 数据采集卡、接线盒与屏蔽电缆的选取35

    3.4.2 数据采集及处理系统的软件35

    3.3.3 数据采集与处理系统构建35-36

    第4章 模拟式探头的性能测试及改善36-57

    4.1 探头三轴量程测试36-40

    4.1.1 DVD 激光读取头四象限角度线性范围的测试36-37

    4.1.2 模拟式探头水平方向线性范围的测试37-38

    4.1.3 DVD 激光读取头内部四象限传感器的改善38-39

    4.1.4 模拟式探头垂直方向线性范围的测试39-40

    4.2 探头稳定性测试40-45

    4.2.1 探头的工作环境40-41

    4.2.2 探头三轴信号噪声测试41-42

    4.2.3 探头分辨力的测试42-43

    4.2.4 探头三轴信号漂移测试43-45

    4.3 探头三轴重复性测试45-53

    4.3.1 探头零点重复性的测试45-46

    4.3.2 二维角度系统重复性的测试46-48

    4.3.3 Michelson 激光干涉仪重复性的测试48-51

    4.3.4 实验数据浅析51-53

    4.4 探头接触力与各向同性实验53-56

    4.4.1 测力计的开发53-54

    4.4.2 测力计的标定54-55

    4.4.3 探头测力实验55-56

    4.5 本章小结56-57

    第5章 纳米三坐标测量机模拟式探头的标定57-64

    5.1 三维空间坐标转换模型的建立57-59

    5.2 基于整体最小二乘法的空间直角坐标转换参数的求解59-61

    5.2.1 整体最小二乘原理的论述思想59

    5.2.2 坐标转换参数的求解59-61

    5.3 标定试验与验证61-63

    5.3.1 标定实验的建立61

    5.3.2 参数标定61-63

    5.4 结论63-64

    第6章 纳米三坐标测量机模拟式探头的误差浅析64-69

    6.1 纳米三坐标测量机模拟式探头静态误差源浅析64-66

    6.1.1 内部传感器的误差64

    6.1.2 阿贝误差64-65

    6.1.3 安装误差65

    6.1.4 测量环境对模拟探头系统的影响65-66

    6.2 纳米三坐标测量机模拟式探头动态误差源浅析66-69

    6.2.1 预行程的影响66

    6.2.2 动态有效作用直径66-67

    6.2.3 摩擦引起的误差67

    6.2.4 示值误差67

    6.2.5 探测速度的影响67-69

    第7章 探讨总结与工作展望69-71

    7.1 探讨总结69

    7.2 工作展望69-71

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