本文選題：三維諧振觸發(fā)方法 + 三維納米諧振觸發(fā)測頭　； 參考：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：納米測量技術(shù)是納米科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)學(xué)科之一,超精加工和超微加工進(jìn)入納米技術(shù)的新時(shí)代,MEMS、超精密光學(xué)器件等的特征尺寸微型化,對(duì)這些微納米結(jié)構(gòu)的真三維測量要求達(dá)到納米、亞納米量級(jí),測量力達(dá)到微牛甚至納牛量級(jí)。目前在數(shù)百微米至數(shù)毫米尺度間的真三維測量取得了一定進(jìn)展,但還沒有成熟的技術(shù)。而納米觸發(fā)定位是實(shí)現(xiàn)納米測量的關(guān)鍵,三維納米觸發(fā)定位技術(shù)作為微納米三維技術(shù)的核心,是實(shí)現(xiàn)微器件等真三維納米測量的基礎(chǔ),也是目前國內(nèi)外微納米三坐標(biāo)測量機(jī)(Coordinate Measuring Machine, CMM)研究中的難點(diǎn)之一。針對(duì)微納米CMM的研究需求和技術(shù)瓶頸,本文在對(duì)國內(nèi)外微納米CMM研究現(xiàn)狀和進(jìn)展分析總結(jié)的基礎(chǔ)上,提出三維納米維諧振觸發(fā)方法,基于該方法研制了三維納米諧振觸發(fā)測頭及三維納米諧振觸發(fā)測量與定位系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)微內(nèi)孔試樣的高分辨力三維觸發(fā)測量。完成的主要研究工作和成果總結(jié)如下：1)三維納米諧振觸發(fā)測頭觸發(fā)方法及工作機(jī)理研究。基于界面力學(xué)理論分析了三維諧振觸發(fā)測頭的動(dòng)態(tài)接觸機(jī)理,分別構(gòu)建了X(Y)、Z向測球-試樣表面納米接觸相互作用的力學(xué)模型,根據(jù)建立的力學(xué)模型運(yùn)動(dòng)方程分析了范德華力、毛細(xì)力等介觀尺度界面作用力及合力對(duì)測頭運(yùn)動(dòng)的影響并進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真。2)三維納米諧振觸發(fā)測頭構(gòu)建�；诠饫w拉錐技術(shù)和田口法二級(jí)燒制制備光纖微球,得到二維直徑小于80gm,二維圓度小于0.70μm,二維偏心距小于0.65gm、真球度約為0.50μm的一體式光纖微探球。分別以石英音叉、PVDF、雙端音叉作為微力傳感器,與一體式光纖微探球相結(jié)合,利用其諧振參數(shù)(諧振振幅、諧振頻率/諧振相位)對(duì)微力的高敏感性構(gòu)建了三維諧振觸發(fā)測頭。該種三維諧振觸發(fā)測頭的顯著特點(diǎn)是其在Z向工作于輕敲模式,而在X、Y向工作于摩擦模式。分別對(duì)石英音叉、PVDF系統(tǒng)噪聲水平、靈敏度、觸發(fā)分辨力、重復(fù)性等特性測試分析,得到兩系統(tǒng)在X、Y、Z三個(gè)方向的觸發(fā)分辨力均達(dá)到亞納米量級(jí)、單向重復(fù)性誤差均在十納米量級(jí),其中石英音叉系統(tǒng)的各向測量力均在十至百微牛量級(jí),而PVDF系統(tǒng)的各向測量力達(dá)到亞微牛量級(jí)。3)三維納米諧振觸發(fā)測量與定位系統(tǒng)研制。分別將基于石英音叉、PVDF的三維諧振觸發(fā)測頭與三維納米定位臺(tái)、反饋控制模塊、信號(hào)處理電路結(jié)合,構(gòu)成三維諧振觸發(fā)測量與定位系統(tǒng)。針對(duì)石英音叉三維觸發(fā)測量與定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)了整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、基于鎖相環(huán)路(PLL)的相位反饋控制電路,編寫了基于VC++的控制及測試程序。4)三維納米諧振觸發(fā)測量與定位系統(tǒng)特性測試。通過對(duì)石英音叉系統(tǒng)圓周接近曲線等特性測試,得到系統(tǒng)的各向分辨力均在納米／亞納米量級(jí)、單向重復(fù)性誤差、單點(diǎn)觸發(fā)重復(fù)性誤差均在十納米量級(jí)。設(shè)計(jì)了測頭測球等效直徑的標(biāo)定方案,并編寫了基于VC++的定向標(biāo)定程序。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量塊組研合成的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)尺寸進(jìn)行0。、45。、90。、135。、180。、225。、270。、315。八個(gè)方向上的定向標(biāo)定測試,對(duì)微內(nèi)孔試樣測量結(jié)果進(jìn)行修正補(bǔ)償。最終利用石英音叉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)微內(nèi)孔試樣的三維觸發(fā)測量。
[Abstract]:Nano measurement technology is one of the basic disciplines of nano science and technology. Ultra precision processing and ultramicro processing have entered the new era of nanotechnology. The characteristic dimensions of MEMS and ultra precision optical devices are miniaturized. The real three dimensional measurement of these micro nanostructures is required to reach nanometer, subnanometer scale, and the measurement force reaches the size of cattle and even Nanniu. The real three-dimensional measurement between hundreds of microns to several millimeter scale has made some progress, but there is no mature technology. The key to nanometer measurement is nano triggered location. The 3D nano trigger positioning technology is the core of the micro and nano 3D technology. It is the basis of realizing the true three Vinami measurement of microdevices and so on. It is also the domestic and foreign micro nano. One of the difficulties in the Coordinate Measuring Machine (CMM) Machine (CMM) research is one of the difficulties. In view of the research requirements and technical bottlenecks of the micro nano CMM, this paper, based on the analysis and summary of the research status and progress of the micro nano CMM at home and abroad, presents a three-dimensional nano dimension resonance trigger method. Based on this method, the three-dimension nano resonance trigger is developed. The measuring and positioning system of measuring head and three dimensional nanoscale resonance can be used to measure the high resolution three-dimensional trigger of the micro inner hole. The main research work and achievements are summarized as follows: 1) the study of the trigger method and the working mechanism of the three dimensional nano resonant trigger probe. Contact mechanism, the mechanical model of X (Y), Z to the surface of the test ball and the surface of the sample surface is constructed. According to the equation of motion of the mechanical model, the interaction force of Fan Dehua force, the capillary force and the influence of the resultant force on the head motion are analyzed and the numerical simulation of the three dimensional nano resonant trigger head is constructed. Fiber taper technology and Taguchi method are used to prepare optical fiber microspheres by two stages. The two dimensional optical fiber microspheres with a two-dimensional diameter of less than 80gm, a two-dimensional roundness less than 0.70 mu, a two-dimensional eccentricity less than 0.65gm and a true sphericity of about 0.50 m are obtained. The microsphere is used as a micro force sensor with quartz forks, PVDF and double ends, respectively. The resonance parameters (resonance amplitude, resonant frequency / resonant phase) have built a three-dimensional resonance trigger probe for the Gao Min sensibility of micro force. The remarkable characteristic of the three dimensional resonance trigger probe is that it works in the tapping mode at Z, while in the X, Y direction working in the friction mode. The noise level, sensitivity, trigger resolution, and weight of the quartz tuning fork, the PVDF system, the trigger resolution, and the weight. The test and analysis of the properties of the complex properties show that the trigger resolution of the two systems in the three directions of X, Y and Z all reach the order of subnanometer, and the unidirectional repeatability error is at the order of ten nanometers, of which the isotropic force of the quartz tuning fork system is from ten to a hundred micro cattle, and the isotropic force of the PVDF system reaches the sub micron.3). The three dimensional resonance trigger measurement and positioning system based on quartz tuning fork, three dimensional resonance trigger probe of PVDF and three dimensional nanoscale positioning table, feedback control module and signal processing circuit are combined respectively. The overall mechanical structure is designed for the three dimensional trigger measurement and positioning system of quartz tuning fork, and the phase locked loop is based on the phase locked loop. (PLL) the phase feedback control circuit, and write the control and test program based on VC++,.4) the characteristic test of the three-dimension nanometer resonance trigger measurement and positioning system. By testing the circle approach curve of the quartz tuning fork system, the system's anisotropy is obtained in the nanometer / subnanometer scale, the one-way repetition error, the single point trigger repetition The error of the error is at the magnitude of ten nanometers. The calibration scheme of the equivalent diameter of the probe ball is designed, and a directional calibration program based on VC++ is written. The calibration test of the measurement results of the micro inner hole sample is corrected by the calibration test of the standard internal size of the standard gauge block group 0., 45., 90., 135., 180., 225., 270. and 315.. Finally, the three-dimensional trigger measurement of micro hole specimen is realized by using quartz tuning fork system.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH70

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;電測頭[J];儀器儀表通訊;1971年04期

2 秦樹人;;多測頭法補(bǔ)償圓分度誤差的理論與應(yīng)用[J];計(jì)量技術(shù);1984年01期

3 宣建民;;內(nèi)徑量表的測頭更換法[J];計(jì)量技術(shù);1987年03期

4 王君蓮;;修復(fù)內(nèi)徑表小測頭的工具[J];計(jì)量技術(shù);1991年08期

5 王曉昱;雷尼紹公司的兩種新型測頭系統(tǒng)[J];機(jī)電國際市場;2000年02期

6 邵先能;50-160內(nèi)徑表可換測頭的改制[J];上海計(jì)量測試;2001年03期

7 高銳強(qiáng),黃榮瑛,宋建忠,徐少臣;模擬測頭標(biāo)定的研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2003年03期

8 諸錫荊,王晉;坐標(biāo)測頭技術(shù)及應(yīng)用[J];中國計(jì)量;2004年02期

9 張國雄;那永林;郭敬濱;樊玉銘;裘祖榮;杜穎;解則曉;;四發(fā)射單接收光學(xué)非接觸測頭(英文)[J];納米技術(shù)與精密工程;2006年01期

10 李平;王建華;李小麗;段廣云;;影響測微儀測頭臨界脫離頻率因素的研究[J];機(jī)床與液壓;2006年10期

相關(guān)會(huì)議論文 前6條

1 方倩;郭俊杰;;激光非接觸式測頭的研究與應(yīng)用[A];制造技術(shù)自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

2 葉震宇;王國民;;觸發(fā)式測頭的動(dòng)態(tài)直徑小于靜態(tài)直徑的原因及校正測頭要注意的問題[A];江蘇省計(jì)量測試學(xué)會(huì)2006年論文集[C];2006年

3 劉勇;畢超;高英;張譚;房建國;;光學(xué)測頭光束方向平面標(biāo)定法的研究與應(yīng)用[A];面向航空試驗(yàn)測試技術(shù)——2013年航空試驗(yàn)測試技術(shù)峰會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

4 李春;劉書桂;;三坐標(biāo)測量機(jī)的測頭半徑補(bǔ)償與曲面匹配[A];中國儀器儀表學(xué)會(huì)第五屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

5 劉麗冰;桑宏強(qiáng);陳英姝;田大偉;;用觸發(fā)式測頭實(shí)現(xiàn)工件在線監(jiān)控[A];2005年中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集[C];2005年

6 盧明臻;高思田;杜華;崔建軍;;大范圍納米結(jié)構(gòu)測量系統(tǒng)原子力測頭的研究[A];2007'中國儀器儀表與測控技術(shù)交流大會(huì)論文集（二）[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 余惠娟;基于諧振模式的三維納米測頭觸發(fā)方法研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

2 丁邦宙;基于光纖布拉格光柵的觸發(fā)式三維測頭研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2011年

3 李源;MEMS壓阻式三維微觸覺測頭及其在納米測量機(jī)上的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2007年

4 孫鳳鳴;基于MEMS的陣列式掃描探針顯微鏡測頭理論與技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2013年

5 趙健;面向復(fù)合式測量的自感應(yīng)AFM測頭開發(fā)與系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2011年

6 陳浩;光學(xué)式軸孔內(nèi)徑測量方法及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

7 王春;大型配對(duì)型面數(shù)字化制造技術(shù)的研究[D];大連理工大學(xué);2002年

8 王洪波;轉(zhuǎn)速衰減式粘度儀及相關(guān)技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曾婷;基于坐標(biāo)測量的石英音叉測頭誤差分析及標(biāo)定[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 何明軒;MEMS電容式微觸覺測頭設(shè)計(jì)、制備及性能測試研究[D];上海交通大學(xué);2013年

3 鄭智偉;光柵式二維掃描測頭的研制[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

4 韓欣;觸發(fā)式光纖測頭關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2012年

5 盧歆;三維微觸覺測頭校準(zhǔn)裝置的研究[D];中國計(jì)量學(xué)院;2012年

6 李智;基于時(shí)間差法的光學(xué)共焦式測頭[D];天津大學(xué);2005年

7 林力;內(nèi)徑測量微型精密光學(xué)測頭及其信號(hào)處理研究[D];天津大學(xué);2010年

8 吳俊杰;納米測量機(jī)三維微觸覺測頭開發(fā)[D];中國計(jì)量學(xué)院;2014年

9 胡洪平;三維精密線性測頭的研制[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

10 呂東伏;基于時(shí)間差法的光學(xué)共焦測頭的研究[D];天津大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：1967542