【摘 要】
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触针式表面粗糙度测量仪作为表面粗糙度测量领域中使用最为广泛的仪器,在很大程度上,其噪声水平决定了仪器的最终性能。因此,研制一种具有低噪声特性的触针式表面粗糙度探测系统,对于进一步改良升级我国触针式粗糙度基准具有重要意义。本文主要研究工作主要包括以下几部分:（1）振膜结构在表面粗糙度测量上的应用验证与参数研究。首先,提出了一种具有振膜结构的触针式低噪声表面粗糙度测量系统,并验证了振膜应用于表面粗糙度
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触针式表面粗糙度测量仪作为表面粗糙度测量领域中使用最为广泛的仪器,在很大程度上,其噪声水平决定了仪器的最终性能。因此,研制一种具有低噪声特性的触针式表面粗糙度探测系统,对于进一步改良升级我国触针式粗糙度基准具有重要意义。本文主要研究工作主要包括以下几部分:（1）振膜结构在表面粗糙度测量上的应用验证与参数研究。首先,提出了一种具有振膜结构的触针式低噪声表面粗糙度测量系统,并验证了振膜应用于表面粗糙度测量的可行性;其次,基于ABAQUS仿真平台软件,开展了影响振膜性能的参数研究,通过仿真结果得到了应用表于面粗糙度测量的最佳振膜参数;最后,设计并开展了力-位移实验验证了仿真结果的准确性。（2）具有振膜结构的触针式低噪声表面粗糙度探测系统的设计。根据运动学原理设计了探测系统的测量框架;设计了由振膜与垂直导向构成的触针运动姿态控制结构;通过电容传感器与数据采集系统实现对触杆的垂直位移测量与采集,从而实现表面粗糙度的计算;（3）实验设计与不确定度评定。设计性能验证实验并对实验数据进行处理,完成对所搭建的触针式低噪声表面粗糙度探测系统进行不确定度评定。结果表明,该探测系统的扩展不确定度U=2.8nm,静态噪声（RMS）Ns=0.22nm,动态噪声（RMS）Nd=1.38nm,噪声水平达到了预设的指标要求。测量标称值d为200nm的Type A2样板,测得高度值d为205.5nm,示值误差为:2.75%;测量标称值Ra为200nm的Type C3样板,测得Ra值为199.6nm。示值误差为:0.2%,经十次测得仪器重复性为0.91%,经间隔时间测量十次得稳定性为3.2nm。
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