【摘 要】
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精密机械制造,医疗器械和微电子行业的发展,促进了表面计量技术的提高,接触式测量以其量程大,结构简单、抗干扰能力强、分辨力较高等优点而得到广泛应用,对关键性零件进行大范围,高精度的测量仪器需求也越来越迫切。传统的轮廓仪的支承点处虽然机械支承刚度高,但其支点处的摩擦所带来的一系列接触问题也不易控制。随着磁悬浮控制技术的成熟,使得触针使用磁悬浮支承,在垂直方向上运动并在垂直方向上计量成为可能。因此本文从
【基金项目】
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国家自然科学基金:磁悬浮式溯源触针表面形貌测量关键技术和理论研究（课题编号:51675207）；
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精密机械制造,医疗器械和微电子行业的发展,促进了表面计量技术的提高,接触式测量以其量程大,结构简单、抗干扰能力强、分辨力较高等优点而得到广泛应用,对关键性零件进行大范围,高精度的测量仪器需求也越来越迫切。传统的轮廓仪的支承点处虽然机械支承刚度高,但其支点处的摩擦所带来的一系列接触问题也不易控制。随着磁悬浮控制技术的成熟,使得触针使用磁悬浮支承,在垂直方向上运动并在垂直方向上计量成为可能。因此本文从接触式测量理论出发,提出磁控模型和方案,对磁悬浮方式和支承理论进行关键性阐述,通过对磁悬浮两个方向的动态特性理论分析和讨论,利用磁悬浮技术控制触针轴的悬浮和支承刚度来综合分析出传感器的参数性能。针对触针垂直放置并在垂直方向直接进行计量的磁悬浮支承表面形貌测量传感器,主要研究内容如下:1.针尖测量参数分析建立触针的静态接触模型和触针机构的动力学模型和针尖运动模型,对动力学和运动学的接触情况进行仿真,得到表面轮廓轨迹和实际运动轨迹误差,分析误差来源和影响因子,即误差和阻尼、固有频率、预压位移等参数之间的关系,对支承力和测量力提出要求。2.磁悬浮径向支承参数和触针轴控制方法对于磁悬浮径向电磁力的控制,由于根据防止测量力引起的摆动时不够的,根据气浮支承的计算理论,计算径向支承力要求,对磁悬浮触针主轴建立数学模型和控制模型,分析径向支承方式,建立磁控模型以及初始参数的确定。分析径向导向磁场的相关特性,分析导向磁场的支承力-气隙特性,确定偏置电流和电流控制方式,考虑轴的扰动,加入电涡流传感器进行反馈闭环控制,因此就必须设计相应的电路控制,当轴发生横向偏移时进行误差动态补偿。3.触针轴的轴向计量方向的测量力参数分析和优化根据通过测量力和支承力的要求,分析电流,确定麦克斯韦悬浮线圈参数,通过实验或者理论分析的方法优化线圈参数,分析通电电流之间对测量结果的影响,得到最优参数关系。分析在优化线圈后的悬浮电流和测量速度对测量的影响,考虑通过实验的方法获取在这些参数下的最佳测量速度。4.最后完成传感器动态实验测试结合触针运动学和动力学理论,结合杠杆式轮廓仪的计量方向动态性能,对磁悬浮触针测量机构进行动态测试。同样的以气浮支承比对,测量轴在不同控制电流下的动态响应曲线,获取该传感器的动态参数,分析传感器动态特性。
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