随着零部件越来越小、集成化越来越高,微纳米三坐标测量机对微小元件的高精度测量越发重要。测量机中最为关键的部分是探头系统,其负责对微小元件的轮廓进行扫描或触发。探头研究是目前国内外测量领域的热点与难点之一。以触发样式分类,探头分为接触式探头、非接触式探头以及振动式探头。其中,振动式探头在测量力方面优于接触式探头,在测量性能方面胜于非接触式探头。本实验室自主研发了一款新型三维谐振式探头--音叉光纤一体式三维谐振探头。本文在该探头理论分析与仿真的基础上,设计构建了相关实验系统对该探头的实际性能进行测试,并针对探头结构上的问题进行了优化。而且,就该探头的实际应用效果展开了研究。本文所述的工作内容有如下几个要点:1.探头实验相关结构设计:设计了一套粘接系统用于专门制作探头,提高探头的制作效率与成功率。搭建了一套基于该探头的测量定位系统,用以测试探头性能与测量试样形貌。为了满足探头实验中对试样的各种需求,针对不同试样设计了可调节的夹具。2.控制软件开发:为了实现探头性能测试以及试样测量,设计了实验软件控制界面并且编写程序联动整个测量系统。同时在软件中添加图像反馈功能实时反映测量过程。3.探头结构优化:针对该谐振探头测杆长度过短的问题,设计了简单易操作的方案有效增长了探头的测杆长度。通过该方案,杆长从原来的1mm显著提升至5mm,同时维持住了探头良好的性能。杆长的大大提升使得该探头可用于高深宽比的微结构测量。4.探头性能测试及应用研究:设计各种实验对该探头的各项性能进行测试,通过实验数据评估探头性能。使用该探头对针阀体喷油孔的三维形貌进行测量,以此展现探头的应用效果,并使用测量数据求解喷油孔的重要几何参数。此外,还提出了该探头应用于孔深测量的方案。