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接触式扫描过程中探针-样品赫兹耦合的建模与分析

鏃ユ湡;2019-07-09  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  接触式扫描过程中探针-样品赫兹耦合的建模与分析_电子/电路_工程科技_专业资料。随着微器件测量系统中微测头尺寸不断减小和测量精度不断提高,微纳测量中测头-样品间的形变误差对系统不确定度的影响是不能忽略的.为了研究二者间的相互作用和形变问题,根据材料应力-应变属性和赫兹理论,建立了微测球与样品的接触模型,并以玻璃测头和光学器件为分析对象,探讨了测量力、测球

  12 传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies) 2016年第35卷第3期 DoI:10.13873/J.1000--9787(2016)03-0012--04 接触式扫描过程中探针一样品赫兹耦合的建模与分析术 陈伟,许斌,赵世平 (四川大学制造科学与工程学院,四川成都610065) 摘要:随着微器件测量系统中微测头尺寸不断减小和测量精度不断提高,微纳测量中测头一样品间的形 变误差对系统不确定度的影响是不能忽略的。为了研究二者间的相互作用和形变问题,根据材料应力一应 变属性和赫兹理论,建立了微测球与样品的接触模型,并以玻璃测头和光学器件为分析对象,探讨了测量 力、测球半径、样品曲率半径以及不同材质样品等对形变、形变区域半宽长度及最大赫兹应力的影响。结 果表明:测球半径与样品曲率半径的作用机理相似,而且相较于探针测球半径因素,测量力和被测样品不 同曲率半径因素对探针一样品间形变的影响更为显著。 关键词:接触式扫描;赫兹理论;测量力;测球半径;测量误差 中图分类号:TH711 文献标识码:A 文章编号:1000--9787(2016)03-0012--04 Modeling and analysis of probe-sample Hertz coupling in contact scanning木 CHEN Wei,XU Bin,ZHAO Shi—ping (School of Manufacturing Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,China) Abstract:As the size of probe used for micro—component measurement system is decreased continuously and error measurement precision is increased constantly,influence of deformation sample on between probe and measurement order to research interaction and sample is are uncertainty of system is becoming an issue that can not be ignored.In micro between probe and sample and deformation problems,contact model for measuring ball established according to stress—strain properties of materials and Hertz theory,glass probe and optical devices used as analysis target,effect of measurem.ent different materials on force,probe radius,curvature radius of sample and samples with deformation,half width length of deformation zone and the maximum Hertz stress.Results measuring ball radius is similar,and show that interaction mechanism of curvature radius of measured sample and compared with probe radius factor,effect of measurement force and curvature radius factor of measured sample on deformation between probe and ample is more obvious. error Key words:contact scanning;Hertz theory;measurement force;probe radius;measurement 0 引 言 Jin Fan胪J,Terekhina S∽J,Palade A C¨o通过球面模型研究 随着精密微细加工技术和先进制造业的快速发展,各 种复杂新型微结构不断出现,微结构表面形貌接触式测量 以触针式测量最为常见H’2 J。对于接触式位移传感器,探 头与样品间的赫兹耦合和形变将直接影响测量结果的不确 定度,二者耦合作用越强,形变就越大,测量精度越低。影 响耦合和形变的因素主要有测量力、探头半径、样品曲率半 径和样品的弹性模量。Yan Wenyi¨’41研究了测球一样品间 的相互作用,并通过仿真探究了形变与最大应力的关系。 了形变量、半宽长度、测量力间的相互关系及接触区域赫兹 应力的分布。传感器测量力往往是通过测量结果与标准样 品的比对或借助力传感器进行标定,而并未从测球一样品形 变导致测量差角度来进行研究旧1。李志渤、黄强先等人旧J 针对三坐标测量机(coordinate measurement machine,CMM) 测头问题,研究了不同材质测球对不同样品所需的最大测 量力,在测力为10 mN时计算了测球一样品的形变量,但 CMM的测头直径通常为mm级,这并不适用于复杂微结构 收稿日期:2016-01—18 +基金项目:国家自然科学基金资助项目(51405314);中国物理研究院超精密jjⅡ3-技术重点实验室开放基金资助项目(KFl5004);中央高校 基本科研业务费资助项目(2015SCU04A12)


 
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