随着微加工技术的不断发展,工件尺寸逐渐向于微型化转变,亟需更高精度的微纳测量装置来保证工件表面质量。测头是微纳测量装置的重要组成部分,根据测量过程和测测量对象的不同,测头需具有不同的刚度,而目前大多数测头结构,并不具备变刚度性能,因此研究变刚度微纳测头对提升微纳测量装置的性能具有重要作用。论文介绍了微纳测头的基本要求、并对接触式测头的常见结构、测量过程、和测量原理作了系统阐述,基于上述对测头的变刚度要求,设计了一种新型变刚度悬丝约束微纳测头结构。该变刚度测头结构由柔顺导向机构和悬丝约束测头结构组成,并采用电容传感器作为检测装置。论文建立了测头位移和电容变化的刚度理论模型,利用正交试验方法优选了测头的尺寸参数,并对优选后测头的刚度、模态、谐响应和XY平面内的各向同性特性作了分析。介绍了压电效应原理和叠堆压电陶瓷的工作特点,阐述了四种铰链和三种常用柔顺导向结构的特点,并基于叠堆压电陶瓷和柔顺导向结构的特点设计了一种可改变悬丝自由端位移的新型柔顺导向机构,以柔顺导向机构的放大倍数和叠堆压电陶瓷所需刚度为指标,优化了的铰链长度和角度,并对优化后的柔顺导向机构的模态、应力、疲劳等特性作了进一步分析。论文建立了测头整体结构的变刚度理论模型,通过有限元软件分析了变刚度测头的刚度、模态、瞬态、应力等特性,基于上述建立的变刚度理论模型,求得该测头沿Z向和X向的仿真和理论误差分别为5.612%,6.763%,表明所建立测头的变刚度理论模型准确性较好。研究成果丰富了现有测头的结构,并为该类型测头的变刚度控制奠定了重要的理论基础。图[62]表[26]参[72]。