觸針式輪廓儀傳感器靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性檢定系統(tǒng)研制.pdf

1、觸針式表面輪廓測(cè)量?jī)x以其檢測(cè)的可靠性，被認(rèn)為是表面二維輪廓和三維形貌測(cè)量的金方法。先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)表面輪廓和形貌的快速準(zhǔn)確測(cè)量提出了更高的要求。觸針式輪廓儀傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能對(duì)實(shí)現(xiàn)表面形貌快速準(zhǔn)確測(cè)量至為重要。為此，本文研究設(shè)計(jì)建構(gòu)觸針輪廓儀傳感器靜動(dòng)態(tài)特性檢定系統(tǒng)。
　　本文設(shè)計(jì)的觸針輪廓儀傳感器靜動(dòng)態(tài)特性檢定系統(tǒng)，由位移驅(qū)動(dòng)單元、位移測(cè)量單元及分析評(píng)定軟件構(gòu)成。位移驅(qū)動(dòng)單元由電機(jī)結(jié)合壓電陶瓷兩級(jí)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成，電機(jī)配合壓電陶

2、瓷，使得工作臺(tái)能夠發(fā)生10mm行程范圍、30nm分辨率的靜態(tài)大范圍、高分辨率位移，適用于傳感器靜態(tài)特性檢定；用于動(dòng)態(tài)特性檢定時(shí)，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)平動(dòng)柔性鉸鏈產(chǎn)生200Hz，超過(guò)5μm范圍，納米分辨率動(dòng)態(tài)位移。設(shè)計(jì)的大范圍、高分辨率位移發(fā)生機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確且能保證動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。位移測(cè)量單元目的在于對(duì)發(fā)生位移準(zhǔn)確計(jì)量。本文采用光柵衍射干涉原理，在推導(dǎo)干涉光光信號(hào)的數(shù)學(xué)方程基礎(chǔ)上，對(duì)光學(xué)器件進(jìn)行選型，并設(shè)計(jì)了光路支撐、調(diào)整結(jié)構(gòu)。同

3、時(shí)，基于VC++及MATLAB平臺(tái)，設(shè)計(jì)了傳感器靜、動(dòng)態(tài)特性檢定系統(tǒng)的配套軟件，其中系統(tǒng)軟件包括控制調(diào)試軟件、測(cè)量軟件、分析評(píng)定軟件三個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)檢定過(guò)程的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和動(dòng)靜態(tài)特性評(píng)定。
　　論文基于ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、受力仿真分析及動(dòng)態(tài)響應(yīng)仿真分析，完整建構(gòu)了觸針輪廓儀傳感器靜動(dòng)態(tài)特性檢定系統(tǒng)，并使用MCV-500激光多普勒干涉儀對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定。結(jié)果表明，系統(tǒng)垂直分辨率1nm，9.8mm范圍相對(duì)測(cè)量誤差小于0.01％，動(dòng)