接触式扫描过程中探针-样品赫兹耦合的建模与分析.pdf

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1、12传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)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

2、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)03-0012-04Modelingandanalysisofprobe-sampleHertzcouplingincontac

3、tscanningCHENWei，XUBin，ZHAOShi—ping(SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Asthesizeofprobeusedformicro—componentmeasurementsystemisdecreasedcontinuouslyandmeasurementprecisionisincreasedconstantly，influenceofdeformatio

4、nerrorbetweenprobeandmeasurementsampleonuncertaintyofsystemisbecominganissuethatcannotbeignored．Inordertoresearchinteractionbetweenprobeandsampleanddeformationproblems，contactmodelformicromeasuringballandsampleisestablishedaccordingtostress—strainpropertiesofmaterialsan

5、dHertztheory，~lassprobeandopticaldevicesareusedasanalysistarget，effectofmeasurementforce，proberadius，curvatureradiusofsampleandsampleswithdifferentmaterialsondeformation，halfwidthlengthofdeformationzoneandthemaximumHertzstress．Resultsshowthatinteractionmechanismofcurvat

6、ureradiusofmeasuredsampleandmeasuringballradiusissimilar，andcomparedwithproberadiusfactor，effectofmeasurementforceandcurvatureradiusfactorofmeasuredsampleondeformationbetweenprobeandampleismoreobvious．Keywords：contactscanning；Hertztheory；measurementforce；proberadius；mea

7、surementeror0引言JinFanJ，TerekhinaSJ，PaladeAC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，各了形变量、半宽长度、测量力间的相互关系及接触区域赫兹种复杂新型微结构不断出现，微结构表面形貌接触式测量应力的分布。传感器测量力往往是通过测量结果与标准样以触针式测量最为常见J。对于接触式位移传感器，探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头与样品问的赫兹耦合和形变将直接影响测量结果的不确变导致测量差角度来进行研究J。李志渤、黄强先等人J定度，二者耦合作用越强，形变就越大，测量

8、精度越低。影针对三坐标测量机(coordinatemeasurementmachine，CMM)响耦合和形变的因素主要有测量力、探头半径、样品曲率半测头问题，研究了不同材质测球对不同样品所需的最大测径和样品的弹性模量。Y