用于微纳米几何量尺寸测量的三维微接触式测头李源;吴俊杰【摘要】为实现微纳尺度器件三维几何形貌测量及表征，基于电容和压阻原理，开发了两种三维微接触式测头。
其中电容测头测量范围4.5μm，轴向分辨力和横向分辨力分别为10 nm和25 nm；压阻测头测量范围4.6μm，轴向分辨力和横向分辨力分别为5 nm和10 nm。
两种测头均可集成到纳米测量机，实现微结构几何参数的测量。
%In order to realize dimensional measurement and charac-terization of miniaturized components in micro/nano scale, two 3D micro tactile probes were developed based on capacitive and piezo-resistive principle. Range of capacitive probe is 4.5 μm, with a resolution of 10 nm and 25 nm in axial and lateral direction, respectively. The piezo-resistive probe has an axial and lateral resolution of 5 nm and 10 nm in full range of 4.6 μm. The two probes can be integrated to nano measuring machine to realize measurement of geometrical parameter in microstructures.【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P2-5)【关键词】微接触式测头;电容传感器;压阻传感器;纳米测量机【作者】李源;吴俊杰【作者单位】上海市计量测试技术研究院;上海市计量测试技术研究院【正文语种】中文纳米科技、MEMS(微机电系统)技术和超精密加工技术的发展，对微小器件尺寸测量提出了更高的要求。
微纳米三坐标测量机探头等效直径测量文中微纳米三坐标测量机在外尺寸测量过程中，探头与被测件存在接触力变形、摩擦力、还有测头的各向异性等因素，因此，对最终的测量精度有一定的影响。
为了进一步提高微纳米三坐标测量机的测量精度，本文提出了通过对量块标准件进行不同角度方向测量，得到探头在测量外尺寸的不同角度方向测端等效直径。
实验结果表明通过10mm厚度量块得到的外尺寸测端等效直径补偿20mm厚度量块，可以减小一定程度的探头测端直径误差。
标签：微纳米三坐标测量机；量块；等效直径0 引言随着微细加工技术和微电子机械系统技术的快速发展，多种多样的微型器件相机被加工出来，如微型涡轮、微型针阵列、微型马达以及汽车发动机中的喷油嘴。
这些器件的尺寸形状对测量系统提出更高的要求，因此，研制高精度微纳米三坐标测量机来实现对被测件的高精度测量。
日本东京大学Kiyoshi Takamasu首次提出了区别于传统三坐标测量机的纳米三坐标测量机应具备的一些技术指标。
据此，国内外一些大学和研究所开始研制微纳米三坐标测量机，例如德国联邦物理技术研究所（PTB）研制的Special CMM、日本东京大学Takamatsu 教授于1995年开始研制的Nano-CMM、英国国家物理实验室（NPL）研制的小型三维测量机、瑞士联邦计量局（METAS）研制的Ultra precision CMM、台湾大学范光照教授研制的Nano-CMM[1]。
此外，中国精密机械研究所（303所）、中国长城计量测试研究院、天津大学、清华大学等许多科研院所和高校都对微纳米三坐标测量机进行了深入的研究。
本文研制的微纳米三坐标测量机是来源于科技部“863”计划重点项目，整个微纳米三坐标测量机系统是由微纳米接触扫描式探头[2]（测头是直径为1mm的红宝石球）、“331”原则工作台[3，4]以及激光回馈干涉仪[5]的测量系统等部分组成。
1 微纳米三坐标测量机系统文中研制一台新型微纳米三坐标测量机其测量范围为50×50×50mm，各轴测长的分辨率为1nm，测量系统设计总不确定度≤100nm。
微纳米测量机测头结构的参数设计及分析陈贺;陈晓怀;王珊;杨桥;李瑞君【摘要】设计了一种高精度的接触扫描式测头,提出了4种测头弹性结构的设计方案.根据测头的测量范围、测量灵敏性、测量稳定性、各向同性的要求,选择了最优的设计结构.对选择的结构进行了参数设计、力学分析和有限元分析,分析结果表明设计的测头测量范围达到40 μm×40μm×20 μm,测量刚度小于0.5 mN/μm,各向同性也符合设计要求.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2013(034)005【总页数】5页(P401-405)【关键词】计量学;接触扫描式测头;微纳米测量机;力学分析;弹性结构设计【作者】陈贺;陈晓怀;王珊;杨桥;李瑞君【作者单位】合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学仪器科学与光电工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TB921测量机作为评定几何参量的仪器，研发高精度的微纳米测量机成为精密测量领域发展的趋势［1～3］。
测头是测量机的重要组件，测头的性能影响着测量机的测量精度和稳定性，设计高精度测头对提高测量机的测量精度有重要意义。
根据不同的分类方法，测头常被分为接触式和非接触式两种形式，接触式测头分为硬式、触发式和扫描式［4］。
扫描式测头在测量原理上比硬式和触发式更能减小测量误差，在高精度的测量中被越来越多的应用。
根据特定的测量原理，接触扫描式测头与被测件接触产生的位移转变为一定的物理量的变化，通过检测物理量的变化可测得位移。
如德国国家计量研究院（PTB）设计的精密测头基于惠斯通电桥的电压变化测量位移、英国国家物理实验室（NPL）设计的测头基于测量电容的变化测量位移等［5～8］。
