冯旭刚 冯同磊 章家岩 徐 驰 费业泰 张 鹏

(1.安徽工业大学电气与信息工程学院， 马鞍山 243032； 2.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院， 合肥 230009；3.安徽工业大学机械工程学院， 马鞍山 243032)

纳米级Z轴坐标测量系统设计与实验

冯旭刚1冯同磊1章家岩1徐 驰1费业泰2张 鹏3

(1.安徽工业大学电气与信息工程学院， 马鞍山 243032； 2.合肥工业大学仪器科学与光电工程学院， 合肥 230009；3.安徽工业大学机械工程学院， 马鞍山 243032)

基于最小化阿贝误差的理念，设计了带有重力补偿器的整体结构对称的Z轴测量平台，其次，使用扫面静电力显微镜组成配套的探针系统，最后，对设计的核心内容分两组进行分离测试以验证设计的合理性与有效性。测试首先验证了测量系统分别在静态和动态下重力补偿器的可行性，然后验证经过双高度法补偿后的扫描静电力显微镜探针系统的有效性，实验结果表明，设计的纳米级Z轴坐标测量系统可实现超高精度空间分辨率，具有50 mm的有效行程范围，同时具有对部分非导体的测量能力，使得微纳米测量机的适用范围得到延伸，具有较高的应用价值。

微纳米测量； 重力补偿器； 扫描静电力显微镜探针系统； 双高度法

引言

测量测试技术在制造行业中的地位越来越重要，微细加工技术的快速发展使得产品的导向趋于微型化，出现了各种微型机械、超精密光学器件和微电子机械系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)器件[1-2]。这些微型机械的几何特征尺寸在数十微米至数毫米之间，这些尺寸的测量不确定度要求达到数十纳米至数百纳米。……