對于低精度電感比較儀的誤差檢定，典型的方法有柱式法、微動工作臺法、外力法和塊規(guī)法。這些方法都會引入大于0.05 μm·m的誤差，因此，為了減小檢定高精度電感比較儀時的測量誤差，作者自制了一個零位回正精度為0.02 μm·m的三坐標(biāo)測量工具

一、裝置原理

三坐標(biāo)測量工具由兩組雙片簧垂直配置，X軸方向和Y軸方向的位移由片簧的變形實現(xiàn)，如圖1所示。

當(dāng)探頭在Z軸方向被夾緊時，推或拉上部平行板簧組，探頭可以相對于塊規(guī)在Y軸(前后)方向移動。這種結(jié)構(gòu)的檢具可以保證檢徑向誤差時不引入回程誤差，檢回程誤差時不引入徑向誤差，誤差不會重復(fù)。

圖2示出了檢驗返回誤差的原理，圖2中的A示出了探針對準(zhǔn)塊規(guī)；b .拆除止動銷時，探頭的測量桿緩慢上升到XX '并讀取指示值；c .用提升桿使測量桿繼續(xù)上升到x2 x2’；圖d顯示測量桿從x2 x2’’緩慢下降到XX’，然后讀取另一個指示值。d和b之間的差異是返回誤差。驗證重復(fù)誤差時，重復(fù)B至D，并讀取指示值的最大差值。

二、裝置結(jié)構(gòu)、功能及誤差分析

這里所說的誤差是指夾具在Z軸方向上反映的不準(zhǔn)確，主要來自以下幾個方面:

1.鋼板彈簧組在X軸和Y軸方向不返回原位的誤差(δ1)。

比如電感式探針的測力范圍在20g到250g之間。調(diào)整時對準(zhǔn)中間值，測力的最大影響約為200g，如果摩擦系數(shù)為0.1，測頭與塊規(guī)的摩擦力為20g。將結(jié)構(gòu)尺寸L=40mm，l=0.5μm，b=20mm，h=0.13mm代入公式F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/12EJ，可以計算出ε2為53μm(計算中，圖片)。

由于三坐標(biāo)測量工具可以很容易地將測頭軸線與臺面的垂直度調(diào)整到2mm以內(nèi)±0.25 μm，因此δ1的計算并不困難(該機構(gòu)中ε1 = 10μ m，ε1的最大變化量為20μm):

2.力測量值變化引起的誤差(δ 2)

當(dāng)以某一型號的產(chǎn)品為基準(zhǔn)，將測頭軸線對工作臺的垂直度調(diào)整到0.25μm/ 2mm以內(nèi)時，如果換另一型號的測頭，由于兩測頭受力不同，調(diào)整后的垂直度會被破壞。如上所述，如果由各種類型的探針測量的力的最大變化是200g，則可以通過使用公式F =Pl(3L2+6Ll+4l2)/6EJ獲得Z軸方向上的力的變化ε3:

ε3=0.023μm

即垂直度從調(diào)整后的0.25μm變?yōu)?.273μm，然后

3.不均勻性影響誤差(δ3)

該機構(gòu)所用塊規(guī)的表面粗糙度為1/4孔徑，約為0.075μm，用平晶測量。由求δ1可知，X軸和Y軸方向的不復(fù)位精度為ε1+ε2=73μm，則

其中分母值是塊規(guī)非工作面之間的厚度。

4.擋板定位誤差(δ4)

在3μm(網(wǎng)格值0.1μm)的測量范圍內(nèi)，將板簧組預(yù)移動超過3微米，然后移除止動銷，并將其恢復(fù)到讀數(shù)x2 x2′。彈性滯后和彈性后效引起的誤差肉眼不可見，小于0.01μm，因為預(yù)先使用了彈性變形，再次檢測返回誤差。這是該檢查工具在驗證返回誤差δ時引入的唯一誤差，因此:

δ = δ 4 =δ4=0.01μm m。

驗證徑向誤差δ直徑時，δ1、δ2和δ3都可能帶來誤差，所以

實驗結(jié)果與理論結(jié)果吻合良好，誤差均在0.02 μ m以內(nèi)。

試驗表明，被檢頭部對臺面垂直度的調(diào)整是該檢具誤差的主要來源，垂直度調(diào)整越精確，誤差越小。此外，用不同的力調(diào)整探針的垂直度可以作為提高驗證精度的措施。