柔性三角梁约束微纳测头的变刚度特性分析

李保坤， 程新华， 韩迎鸽

(安徽理工大学a.机械工程学院；b.电气与信息工程学院，安徽 淮南232001)

随着微纳米加工技术的不断发展，工件制造日趋微型化和精密化，各种微电子机械系统(micro electro mechanical system， MEMS)器件相继出现，这些微工件制造成本低廉，同时具有集成化和多功能化等优点，制造产品被广泛应用于航空航天、精密机械、生物医学等领域[1-3]。在MEMS器件的制造过程中，需要测量这些微工件的表面几何参数，然而传统精密测量仪器的测量精度仅有微米级，难以实现纳米级别的分辨率，亟需研究具有优良性能的微纳坐标测量机以保证工件表面质量[4-6]。测头是测量机的核心部件[7]，其性能是否优良直接决定测量机的整体性能优劣，因此，国内外许多研究机构相继开始研究新型微纳测头。

刚度是微纳测头的重要属性，目前多数接触式测头约束支撑机构的刚度不可调。若微纳测头刚度过大，在测量时极易划伤工件表面；若测头刚度过小，容易造成测头动态响应性能差、谐振频率低和误触发等。因此，研究具有变刚度性能的约束支撑机构以适应测量过程和被测工件的改变，对优化测头的测量力、稳健性、工艺性、测量精度和动态特性等具有重要意义[8-9]。

鉴于测头约束支撑机构刚度固定的诸多不利影响，Bonello等[10]提出通过改变约束梁的有效长度改变测头的支撑刚度。文献[11-13]基于应力刚化原理，通过对支撑梁约束端施加轴向载荷来改变约束支撑梁的横向刚度。Kim等[14]提出通过施加额外载荷放大载荷作用位移来调节刚度。……