基于微力测量的微纳米测头系统设计及优化

针对国内外研制的微纳米测头测量时无法实时测量测力的大小和方向,无法实时修正不同方向和大小的测力、不同长度测杆受力变形等引起的测量误差的缺点,研制了一种基于六维微力测量原理的自修正微纳米测头系统,可以实时测量测力的大小和方向,进而获得测头位移和变形量的大小和方向,计算出由于测球测杆受力变形引起的测量误差,通过误差修正模型进行实时自修正,提高测头的测量精度。为了实现测头级的测量灵敏度,应用ANSYS软件和正交试验方法进行结构优化设计,确定测头的基本几何尺寸和测头弹性体上测量不同方向测力的最佳测量区域,为后续的测头加工提供理论基础。最终的分析结果证明了测头x和y方向的测量灵敏度可以达到25.5μεz,方向的测量灵敏度可以达到11.7με。

基于视觉引导的3D纳米测头

针对现有微纳米CMM机(Micro-Nano Coordinate Measuring Machine,微纳米CMM)测量逼近效率低的问题,设计了一种基于视觉引导的3D纳米测头。该测头以石英音叉结合一体式光纤微测杆测球作为微力触发定位传感器,以3个空间布置的微型USB高倍摄像机对工作台做视觉引导。将测球置于3个摄像机焦平面后约100μm处,通过高斯滤波、清晰度评价、极点搜索,对图像进行实时处理,判断试样是否接近测球,实现三维工作台的高低速引导控制。实验结果表明:该测头可以实现大行程、高精度微纳米CMM的自动高速逼近、低速触发定位测量,通用性好、集成度高,测量效率高。