高精度電感測頭的回程、徑向誤差檢定夾具

對於低精（jīng）度電感比（bǐ）較儀的誤差檢定，典型的方（fāng）法有柱式法、微動工作台法、外力法和塊規法。這些方法都會引入大於0.05 μm·m的（de）誤差，因（yīn）此，為了減（jiǎn）小檢定高精度電感比較儀時的測量誤差，作者自製了一個零位回正精度為0.02 μm·m的三坐標測量工具

一、裝置原理

三坐標測量工具由兩組雙片（piàn）簧垂直配置，X軸方向和（hé）Y軸方向的位移由片簧的變形實現，如圖1所示。

當探頭在Z軸方向（xiàng）被夾緊時，推或拉上部平行板簧組，探頭可以相對於塊規在Y軸(前後)方向移動。這種結構的（de）檢具可以保證檢徑向誤差時不引入回程誤差，檢回程誤差時不引（yǐn）入徑向誤差，誤差不會重（chóng）複。

圖2示出（chū）了檢驗返回誤差的原理，圖2中的A示出了探針對準塊（kuài）規；b .拆除止動銷時，探頭的（de）測量杆緩慢上升到XX '並讀取指示值；c .用提升杆使測量杆繼續上升到x2 x2’；圖d顯示測量（liàng）杆從x2 x2’’緩慢下降到XX’，然後讀取另一個指示值。d和b之間的差異是（shì）返回誤差。驗證重複誤差時，重複（fù）B至D，並讀取（qǔ）指示值的最大（dà）差（chà）值。

二、裝置結構、功能及誤差分析

這裏所說的誤差是（shì）指夾（jiá）具在Z軸（zhóu）方向（xiàng）上反映（yìng）的不準確，主要來自（zì）以下幾個方麵:

1.鋼板彈簧組（zǔ）在X軸和Y軸方向不返回原位的誤差(δ1)。

比如電感式（shì）探針的測力範圍在20g到250g之間。調（diào）整時對準中間值（zhí），測力的最大影（yǐng）響約（yuē）為200g，如果（guǒ）摩擦係（xì）數（shù）為0.1，測頭與塊規的摩（mó）擦力為20g。將結構尺（chǐ）寸L=40mm，l=0.5μm，b=20mm，h=0.13mm代入公式F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/12EJ，可以計算（suàn）出ε2為53μm(計算中，圖片)。

由於三坐標測量工具可以很容易地將測頭軸（zhóu）線與台麵的垂（chuí）直度調整到2mm以內（nèi）±0.25 μm，因此δ1的計算（suàn）並不困難(該機構中ε1 = 10μ m，ε1的最大變化量為（wéi）20μm):

2.力（lì）測量值變化引起的誤差(δ 2)

當以某一型號的產品為基準，將測頭軸線（xiàn）對工作台的垂直度調整到0.25μm/ 2mm以內時，如果換另一型號的測頭，由於兩測頭受力不同，調整後的垂直度會（huì）被破壞。如上（shàng）所述，如果由各種類型的探針測量的力的最大變化是200g，則可以通過使用公式F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/6EJ獲得Z軸方向上的力的變化ε3:

ε3=0.023μm

即垂直度從調整後的0.25μm變為0.273μm，然後

3.不均勻性影響誤差(δ3)

該機構所用塊規的表麵粗糙度為1/4孔徑，約為（wéi）0.075μm，用平晶測量。由求δ1可（kě）知，X軸和Y軸方向的不複位精度為ε1+ε2=73μm，則

其中（zhōng）分母值是塊規非工作麵之間的厚度。

4.擋板定（dìng）位誤差(δ4)

在3μm(網（wǎng）格值0.1μm)的測量範圍內，將板簧組（zǔ）預移動（dòng）超過3微米，然後移除止動銷，並將其恢複到讀數x2 x2′。彈性滯後和（hé）彈性後效引（yǐn）起的誤差肉眼不可見，小於0.01μm，因為預先使用了彈性變形，再次檢測返回（huí）誤（wù）差。這是該（gāi）檢查工具在驗證返回誤差δ時引入（rù）的唯一誤（wù）差，因此:

δ = δ 4 =δ4=0.01μm m。

驗證徑向誤差（chà）δ直徑時，δ1、δ2和δ3都可能帶來誤差，所以

實（shí）驗結果與理（lǐ）論結果吻（wěn）合良好，誤差均（jun1）在0.02 μ m以內。

試驗表明（míng），被（bèi）檢頭部對台麵垂直度的調整（zhěng）是該檢（jiǎn）具誤差的主要來源，垂直度調整越精確，誤差越小。此外（wài），用不同（tóng）的力（lì）調整探針的（de）垂直度可以作（zuò）為提（tí）高驗（yàn）證精度的措施。