高精度電（diàn）感測頭的回程、徑向（xiàng）誤差檢定夾具

對於低精度電感比較儀的（de）誤差（chà）檢定，典型的方法有柱（zhù）式法、微動（dòng）工作（zuò）台法、外力法和塊規法（fǎ）。這些方法都會引入大於0.05 μm·m的誤（wù）差，因此，為了減小檢（jiǎn）定高精度電感比（bǐ）較（jiào）儀時（shí）的測量誤差，作者自製了一個零位（wèi）回正（zhèng）精度為0.02 μm·m的（de）三坐標測量工具

一、裝置（zhì）原理

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

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

圖2示出了檢驗返回誤差的原理，圖2中（zhōng）的A示出了探針對準塊規；b .拆除止動銷時，探（tàn）頭的測量杆（gǎn）緩慢上升到XX '並（bìng）讀取指示值；c .用提升杆使測（cè）量杆繼續上升到x2 x2’；圖d顯示測量杆從x2 x2’’緩慢下降到XX’，然後讀取另一個（gè）指示值。d和b之間的差異是返回誤差。驗證重複誤差時，重複B至D，並讀取指（zhǐ）示值的最大（dà）差值。

二（èr）、裝置結構、功能及（jí）誤差分析

這裏所說的誤差是指夾具在Z軸方向上反映的（de）不準確（què），主要來自以下幾個方麵:

1.鋼板彈（dàn）簧組在X軸和Y軸方向不返回原位的誤差(δ1)。

比如電感式探針的測力範圍（wéi）在20g到250g之間。調整時對準中間值，測力的最大影響約為200g，如果摩擦係數為0.1，測頭（tóu）與塊規的摩擦力為20g。將結構尺寸L=40mm，l=0.5μm，b=20mm，h=0.13mm代入公式F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/12EJ，可以計算出ε2為53μm(計算中，圖（tú）片)。

由於（yú）三（sān）坐（zuò）標測量工具可以很容易地將測頭軸線與（yǔ）台麵的垂（chuí）直度（dù）調整（zhěng）到2mm以內±0.25 μm，因此δ1的計算並不困難(該機構中（zhōng）ε1 = 10μ m，ε1的最大變化量為20μm):

2.力測量值變化引起的誤差(δ 2)

當以某一型號的產品為基準，將測頭軸線對（duì）工（gōng）作台的垂直度調整到0.25μm/ 2mm以內時（shí），如果換另（lìng）一型號的測（cè）頭（tóu），由於兩測頭受力不（bú）同，調整後的（de）垂直（zhí）度會（huì）被破壞（huài）。如上所述，如果由各種類（lèi）型的探針測量的力的最大變化（huà）是200g，則可以通過使用公式（shì）F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/6EJ獲得Z軸方向上的力的（de）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（suǒ）用塊規的表麵粗糙度為1/4孔徑，約為0.075μm，用平晶測量。由求δ1可知，X軸和Y軸方向的不複位精度為ε1+ε2=73μm，則

其中分（fèn）母值是塊規非（fēi）工作麵之間的（de）厚度。

4.擋板定位誤差(δ4)

在3μm(網格值0.1μm)的測量範圍內，將板簧組（zǔ）預移動超（chāo）過3微米，然後（hòu）移除止動銷，並將（jiāng）其恢複到（dào）讀數（shù）x2 x2′。彈性滯後和彈（dàn）性後效引起的誤差肉（ròu）眼不可見，小於0.01μm，因為預先使（shǐ）用了彈性變形，再（zài）次檢測返回（huí）誤差。這是該檢查工具在驗證返回誤（wù）差δ時引入（rù）的唯一誤差（chà），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

實驗（yàn）結果與理論結果吻合良好，誤差均在0.02 μ m以內。

試驗表明，被檢頭部對台麵垂直度的調整是該檢具誤差（chà）的主（zhǔ）要來源，垂直（zhí）度調整越（yuè）精確，誤差越小。此外，用不同的力調整探針的垂直度可（kě）以作為提高驗證精度的措施。