微小零件平面度精密测量关键技术研究

摘要

对于某些微小零件如静压导轨中气浮元器件、半导体晶圆等，都具有平面度精度高、平面尺寸小的特点。当零件的尺寸较小且平面度优于0.5微米时，常规的平晶难以进行定量检测。纳米三坐标测量机、三维轮廓仪等精密测量仪器可以满足微小零件平面度的测量要求，但由于其价格昂贵，对环境要求高，难以工程应用。因此，有必要探索一种便于应用、成本合理的微小零件平面度的精密测量方法。
　　本文基于柔性导向机构的优良导向特性，提出了微小零件平面度测量装置的系统方案。该方案由二维共面双复合柔性导向机构作为系统的扫描运动平台，采用一维平行四边形柔性导轨与LVDT传感器相结合作为测头，构成平面度精密测量系统。基于能量守恒原理分析了双复合柔性导向机构的静力学特性，采用有限元方法数值计算了柔性导轨结构不对称、载荷不对称对其导向精度的影响，验证了双复合柔性导轨导向精度的健壮性。完成了微小平面测量系统的设计、加工和试验，分析了系统测量不确定度。
　　采用标准平晶作为平面基准进行了初步测试，在20mm×20mm范围内，应用最小二乘法对实验数据进行了平面度评价，获得平面度误差为0.36微米。

目录

摘要

主要符号表

1 绪论

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 平面度测量技术国内外发展现状

1．2．1 精密零件的平面度测量方法

1．2．2 微小精密零件的平面度测量方法

1．3 课题研究工作的主要内容和重点

1．3．1 研究工作的主要内容

1．3．2 课题重点

1．4 技术路线、主要技术指标

2 微小零件平面度测量装置整体系统方案

2．1 装置整体结构方案

2．2 基于柔性铰链的精密二维共平面运动平台方案

2．3 测头结构方案

2．4 本章小结

3 精密二维运动平台的柔性铰链导向机构结构设计

3．1 导轨类型

3．2 基于柔性铰链的柔性导向机构

3．2．1 柔性铰链原理

3．2．2 柔性导向机构

3．3 导向机构刚度分析

3．4 导向机构精密导向性的有限元验证及仿真

3．4．1 柔性导向机构的静态分析

3．4．2 几何尺寸不对称性对导向精度的影响

3．4．3 载荷不对称性对导向精度的影响

3．5 测量装置导向结构

3．6 本章小结

4 实验结果与分析

4．1 平面度误差评定方法

4．2 导向精度测试

4．2．1 x轴向导向精度测试

4．2．2 y轴向导向精度测试

4．3 平面度测量装置标定

4．3．1 实验方案

4．3．2 实验数据处理

4．3．3 不确定度分析

4．4 本章小结

5 结论

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术成果

致谢

声明