陈　伟， 许　斌， 赵世平

(四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065)



接触式扫描过程中探针
—样品赫兹耦合的建模与分析*

陈伟， 许斌， 赵世平

(四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065)

摘要:随着微器件测量系统中微测头尺寸不断减小和测量精度不断提高，微纳测量中测头—样品间的形变误差对系统不确定度的影响是不能忽略的。为了研究二者间的相互作用和形变问题，根据材料应力—应变属性和赫兹理论，建立了微测球与样品的接触模型，并以玻璃测头和光学器件为分析对象，探讨了测量力、测球半径、样品曲率半径以及不同材质样品等对形变、形变区域半宽长度及最大赫兹应力的影响。结果表明：测球半径与样品曲率半径的作用机理相似，而且相较于探针测球半径因素，测量力和被测样品不同曲率半径因素对探针—样品间形变的影响更为显著。

关键词：接触式扫描; 赫兹理论; 测量力; 测球半径; 测量误差

0引言

随着精密微细加工技术和先进制造业的快速发展，各种复杂新型微结构不断出现，微结构表面形貌接触式测量以触针式测量最为常见[1,2]。对于接触式位移传感器，探头与样品间的赫兹耦合和形变将直接影响测量结果的不确定度，二者耦合作用越强，形变就越大，测量精度越低。影响耦合和形变的因素主要有测量力、探头半径、样品曲率半径和样品的弹性模量。Yan Wenyi[3,4]研究了测球—样品间的相互作用，并通过仿真探究了形变与最大应力的关系。……