振動(dòng)接觸式3D納米測頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn).pdf

1、近年來，機(jī)械零件的加工精度和復(fù)雜程度越來越高，微電子機(jī)械系統(tǒng)的出現(xiàn)對高精度、高效率的測量工具也提出了更高的要求。對于納米尺度的測量，傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)已經(jīng)無法滿測量要求，因此發(fā)展微納米三坐標(biāo)測量機(jī)(Micro-NanoCoordinate Measuring Machine，簡稱微納米CMM)十分重要。國內(nèi)外眾多機(jī)構(gòu)對微納米CMM進(jìn)行了大量的研究，但是對于高精度、大量程的微納米CMM來說，由于需要納米量級的觸發(fā)分辨力，觸發(fā)式測頭必須以足

2、夠慢的接觸速度以獲得準(zhǔn)確的觸發(fā)位置，因此測量效率低下。
　　本文針對現(xiàn)有微納米CMM測量逼近效率低的問題，設(shè)計(jì)了一種基于視覺引導(dǎo)的3D納米測頭。該測頭以石英音叉結(jié)合一體式光纖微測桿測球作為微力觸發(fā)定位傳感器，以獲得觸發(fā)信號(hào);以3個(gè)空間布置的微型USB高倍攝像機(jī)對工作臺(tái)做視覺引導(dǎo)，由于USB高倍攝像機(jī)的景深只有50μm，那么只要將測球置于3個(gè)攝像機(jī)焦平面后約100μm處，當(dāng)被測試樣和測球距離較遠(yuǎn)時(shí)，攝像機(jī)檢測的圖像模糊，控制工作臺(tái)驅(qū)

3、動(dòng)被測試樣做高速運(yùn)動(dòng)逼近測頭，提高測量效率;直至運(yùn)動(dòng)至測球前面的焦平面時(shí)，攝像機(jī)檢測的圖像清晰，此時(shí)控制工作臺(tái)高速轉(zhuǎn)低速運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)確的獲得觸發(fā)信號(hào)，在保證測量精度的同時(shí)，大大提高了測量效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該測頭可以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度微納米CMM的自動(dòng)高速逼近、低速觸發(fā)定位測量，通用性好、集成度高、測量效率高。
　　論文主要介紹的研究工作有:
　　1.測頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):本測頭是安裝在“863”計(jì)劃項(xiàng)目開發(fā)的微納米CMM中使用的。測頭

4、創(chuàng)新性的運(yùn)用多傳感器技術(shù)，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將接觸式傳感器和非接觸式有效融合，測頭體積小巧，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊，石英音叉微力傳感器更換、調(diào)節(jié)方便，攝像機(jī)物距、像距調(diào)節(jié)簡單，可靠性強(qiáng)。
　　2.視覺引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì):本測頭利用空間對稱布置的3個(gè)USB高倍攝像機(jī)對測頭做3D檢測，通過對圖像進(jìn)行測頭定位、高斯濾波、清晰度評價(jià)、極點(diǎn)搜索等算法，迅速找到圖像的最清晰位置，即被測試樣靠近測球，進(jìn)入布置于測球前100μm處的焦平面位置。此時(shí)，控制