CN115344814A - 一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法 - Google Patents

一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法 Download PDF

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CN115344814A CN202211253030.4A CN202211253030A CN115344814A CN 115344814 A CN115344814 A CN 115344814A CN 202211253030 A CN202211253030 A CN 202211253030A CN 115344814 A CN115344814 A CN 115344814A
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Abstract

本发明涉及一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其包括：根据预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型，确定下压力计算公式；根据下压力计算公式以及下压力的传递链条，获得下压力不确定度的各个分量；对传递链条中各环节进行相关性分析，确定各个不确定度分量之间是否具有相关性，将具有关联的不确定度分量求其相关系数，不相关的不确定度分量作为独立变量；将各环节中影响加载力值的因素进行分类，对相关性分析后的各个不确定度分量分别按照分类结果的不同采用不同计算方法进行计算，并根据所有不确定度分量计算合成标准不确定度，进而得到合成扩展不确定度。本发明能提高半导体抛光设备的可靠性，有助于精确控制柔性气囊结构下压力。

Description

一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法
技术领域
本发明涉及一种超精密加工技术领域，特别是关于一种用于晶圆批量抛光的基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法。
背景技术
现有半导体抛光加压过程采用气动加压或自重加压，加压过程较为简单，难以满足多种晶圆材料不同抛磨工况带来的变参数加工需求。而晶圆的抛光过程需要高精度的压力控制，在加压过程中会受到各种零部件参数的影响，从而对实际压力值的大小有着不同的影响程度，现有技术中没有对这些参数对压力值的影响类型、影响程度以及这些参数是否耦合、叠加所导致的压力值的不确定度开展过研究，导致针对半导体的抛光设备精度参差不齐。同时传统力值测量装置不确定度来源分析与不确定度评估方法多用于专业计量体系，对于现场级工业用半导体晶圆抛磨装置一类的实际制造装备适配性有限。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于晶圆批量抛光的基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其能提高半导体抛光设备的可靠性，有助于精确控制柔性气囊结构下压力。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其包括：根据预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型，确定下压力的计算公式；根据下压力的计算公式以及下压力的传递链条，获得下压力不确定度的各个分量；对传递链条中各环节进行相关性分析，确定各个不确定度的分量之间是否具有相关性，将具有关联的不确定度的分量求其相关系数，不相关的不确定度的分量作为独立变量；将各环节中影响加载力值的因素进行分类，对相关性分析后的各个不确定度的分量分别按照分类结果的不同采用不同计算方法进行计算，并根据所有不确定度的分量计算合成标准不确定度，进而得到合成扩展不确定度。
进一步，所述柔性气囊下压结构包括：壳体，能绕自身轴线进行旋转；气囊，包括上气囊与下气囊；所述上气囊与所述下气囊分别固定在所述壳体的上部和下部，且所述上气囊与所述下气囊同轴线设置；摆动盘，设置在所述上气囊与所述下气囊的中部；横向定位器，其一端与所述壳体连接，另一端与所述摆动盘的一侧连接，通过所述摆动盘和所述横向定位器避免所述气囊在膨胀时产生横向摆动；杠杆，其中部活动设置在所述壳体上，一端端部通过所述摆动盘与所述气囊转动连接，所述杠杆的另一端端部经转接头与加载盘连接。
进一步，所述计算方法包括：
能够用统计的方法得到不确定度的分量采用A类计算方法，不能用统计的方法得到不确定度的分量采用B类计算方法。
进一步，根据所述物理模型的下压力的传递链条，划分为气囊加压装置、摆动盘、杠杆系统、加载盘系统以及输出监测系统这5个部分进行不确定度计算。
进一步，所述标准不确定度为：
Figure 225323DEST_PATH_IMAGE001
扩展不确定度为：
Figure 142463DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 859884DEST_PATH_IMAGE003
为包含因子，
Figure 255093DEST_PATH_IMAGE004
为杠杆比，
Figure 69465DEST_PATH_IMAGE005
为标准不确定度，
Figure 891928DEST_PATH_IMAGE006
为气囊加压装置 的不确定度，
Figure 158961DEST_PATH_IMAGE007
为摆动盘的不确定度，
Figure 295544DEST_PATH_IMAGE008
为杠杆系统的不确定度，
Figure 964423DEST_PATH_IMAGE009
为加 载盘系统的不确定度，
Figure 957787DEST_PATH_IMAGE010
为压力输出监测系统的不确定度。
进一步，所述气囊加压装置的不确定度为：
Figure 712116DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 386811DEST_PATH_IMAGE012
为气囊压力，
Figure 910196DEST_PATH_IMAGE013
为气囊压力不确定度，
Figure 340041DEST_PATH_IMAGE014
为气囊与摆动盘 接触名义面积，
Figure 581666DEST_PATH_IMAGE015
为实际接触面积的不确定度。
进一步，所述摆动盘引入的不确定度为：
Figure 794473DEST_PATH_IMAGE016
式中，
Figure 437944DEST_PATH_IMAGE017
为角度测量的不确定度，
Figure 773110DEST_PATH_IMAGE018
为温度的不确定度，
Figure 502032DEST_PATH_IMAGE019
为由轴承在受 到超过自身径向额定载荷而产生的转动不畅问题而引起的不确定度，
Figure 515599DEST_PATH_IMAGE020
为阻尼器在 工作初期产生的阻力所带来的不确定度。
进一步，所述杠杆系统的不确定度为
Figure 13577DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 785224DEST_PATH_IMAGE022
为：
Figure 735862DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 556051DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 846218DEST_PATH_IMAGE025
为杠杆支点两端力臂长度；
Figure 788766DEST_PATH_IMAGE026
表示
Figure 226701DEST_PATH_IMAGE027
引起的不确定度分量，
Figure 647318DEST_PATH_IMAGE028
表示
Figure 119887DEST_PATH_IMAGE029
引起的不确定度分量，
Figure 171020DEST_PATH_IMAGE030
表示杠杆放大比引起的不确定度分量。
进一步，所述加载盘系统的不确定度为：
Figure 96251DEST_PATH_IMAGE031
式中，
Figure 320559DEST_PATH_IMAGE032
为加载盘质量测量的不确定度，
Figure 382055DEST_PATH_IMAGE033
为加载盘质量。
进一步，所述压力输出监测系统的不确定度为：
Figure 604089DEST_PATH_IMAGE034
式中，
Figure 16616DEST_PATH_IMAGE035
为温度引起的测量标准不确定度，
Figure 44615DEST_PATH_IMAGE036
为灵敏度漂移引起的 测量标准不确定度，
Figure 226198DEST_PATH_IMAGE037
为零点漂移引起的测量标准不确定度，
Figure 291237DEST_PATH_IMAGE038
为校准引起的 测量标准不确定度，
Figure 191060DEST_PATH_IMAGE039
为滞后引起的测量标准不确定度，
Figure 757170DEST_PATH_IMAGE040
为稳定性引起的测量标 准不确定度，
Figure 996522DEST_PATH_IMAGE041
为分辨率引起的测量标准不确定度，
Figure 357096DEST_PATH_IMAGE042
为EMC电磁兼容引起的 测量标准不确定度，
Figure 744215DEST_PATH_IMAGE043
为蠕变引起的测量标准不确定度，
Figure 114016DEST_PATH_IMAGE044
为测量系统中示值重复 性引起的测量标准不确定度，
Figure 4612DEST_PATH_IMAGE045
为测量系统中示值复现性引起的测量标准不确定度。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明基于物理模型对柔性气囊结构进行不确定度计算，有助于本领域技术人员精确控制柔性气囊结构下压力，从而提高半导体抛光设备的可靠性。
2、本发明通过物理模型力值传递链条分析得到影响不确定度评估的各个分量以及各分量的计算方法，合成最终的不确定度，全面分析了各影响因素以及各影响因素之间的联系，保证了合成不确定度覆盖范围的全面以及计算结果的准确。
3、本发明以精确控制基于气囊加压的抛磨下压力为目的，基于可量值测量的可溯源设计，建立一种可溯源至国际基本单位的下压力不确定度计算方法。
附图说明
图1是本发明一实施例中不确定度计算方法流程图；
图2是本发明一实施例中用于晶圆批量抛光的柔性气囊加压结构示意图；
图3是本发明一实施例中基于柔性气囊下压结构的物理模型示意图；
图4是本发明一实施例中用于晶圆批量抛光的柔性气囊加压结构的具体影响量；
图5是本发明一实施例中不确定度分量量值溯源体系图；
附图标记：
1上气囊，2下气囊，3摆动盘，4杠杆，5阻尼器，6横向定位器，7拉压双向力传感器，8转接头，9壳体，10加载盘。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供的基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，包括：根据预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型，确定下压力计算公式；根据下压力计算公式以及下压力的传递链条，获得下压力不确定度的各个分量；对传递链条中各环节进行相关性分析，确定各个不确定度分量之间是否具有相关性，将具有关联的不确定度分量求其相关系数，不相关的不确定度分量作为独立变量；将各环节中影响加载力值的因素进行分类，对相关性分析后的各个不确定度分量分别按照分类结果的不同采用不同计算方法进行计算，并根据所有不确定度分量计算合成标准不确定度，进而得到合成扩展不确定度。本发明能提高半导体抛光设备的可靠性，有助于精确控制柔性气囊结构下压力。
在本发明的一个实施例中，提供一种用于晶圆批量抛光的基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法。本实施例中，如图1所示，该评价方法包括以下步骤：
1）根据预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型，确定下压力的计算公式；
2）根据下压力的计算公式以及下压力的传递链条，获得下压力不确定度的各个分量；
3）对传递链条中各环节进行相关性分析，确定各个不确定度的分量之间是否具有相关性，将具有关联的不确定度的分量求其相关系数，不相关的不确定度的分量作为独立变量；
4）将各环节中影响加载力值的因素进行分类，对相关性分析后的各个不确定度的分量分别按照分类结果的不同采用不同计算方法进行计算，并根据所有不确定度的分量计算合成标准不确定度，进而得到合成扩展不确定度。
上述步骤1）中，预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型中，如图2所示，用于晶圆批量抛光的柔性气囊下压结构包括：
壳体9，可绕自身轴线进行旋转；
气囊，包括上气囊1与下气囊2；上气囊1与下气囊2分别固定在壳体9的上部和下部，且上气囊1与下气囊2同轴线设置；
摆动盘3，设置在上气囊1与下气囊2的中部；
横向定位器6，其一端与壳体9连接，另一端与摆动盘3的一侧连接，通过摆动盘3和横向定位器6避免气囊在膨胀时产生横向摆动；
杠杆4，其中部活动设置在壳体9上，一端端部通过摆动盘3与气囊转动连接，使上气囊1与下气囊2的膨胀压力能够通过摆动盘3传递到杠杆4的加载端；杠杆4的另一端端部经转接头8与加载盘10连接。
使用时，由壳体9绕自身轴线的旋转带动加载盘10在一定范围内摆动，在摆动到晶圆（未示出）上方时，由气囊带动杠杆4、杠杆4带动加载盘10进行加载工作。
上述实施例中，壳体9内还设置有阻尼器5；阻尼器5的一端与壳体9连接，另一端与杠杆4的一端连接。
上述实施例中，位于转接头8与杠杆4的另一端之间设置有拉压双向力传感器7，用于采集力值。
上述步骤1）中，如图3所示，根据用于晶圆批量抛光的柔性气囊加压结构的物理模型，以及实际下压力的生成机理，可以确定最终施加在晶圆表面名义力值F（即下压力）为：
Figure 742279DEST_PATH_IMAGE046
式中，
Figure 351115DEST_PATH_IMAGE047
为杠杆比，
Figure 524608DEST_PATH_IMAGE048
为气囊加压装置产生的下压力值，
Figure 535289DEST_PATH_IMAGE049
为加载盘10 自身重量产生的下压力值。
上述步骤2）中，下压力的传递链条为：下压力的产生、放大、传递和施加。对力的传播链条进行环节划分、分析推导，从而获得下压力不确定度的各个分量。
在本实施例中，如图4所示，根据用于晶圆批量抛光的柔性气囊加压结构的力值传递链条特征，将用于晶圆批量抛光的柔性气囊加压结构共分为5个部分，分别为气囊加压装置、摆动盘、杠杆系统、加载盘系统以及输出监测系统。每一部分所引入的不确定度分量按照主导量、影响量的划分进行归类。
上述步骤3）中，确定每个传递环节是否具有耦合关联，通过相关性分析确定各环节是否存在互相关，相关联的分量确立其相关系数，不相关的分量按照独立变量进行处理。
上述步骤4）中，根据各环节中对加载力值的大小的影响机理，对影响力值的因素进行分类，其中能够用统计的方法得到不确定度分量的采用A类计算方法，不能用统计的方法得到不确定度分量的采用B类计算方法。其中，A类、B类计算方法参见JCGM 100：2008以及ISO/IEC Guide 99:2007。
在本实施例中，气囊加压装置、摆动盘、杠杆系统、加载盘系统以及输出监测系统这5个部分的不确定度计算方法分别为：
（1）气囊加压装置的不确定度：
根据
Figure 440928DEST_PATH_IMAGE050
，可以得到气囊加压装置的不确定度
Figure 537060DEST_PATH_IMAGE051
：
Figure 248664DEST_PATH_IMAGE052
气囊压力
Figure 113852DEST_PATH_IMAGE053
受到气压浮动、压力表的示值误差和管路衰减的影响，气囊压力 不确定度
Figure 190392DEST_PATH_IMAGE054
具体表达为：
Figure 773820DEST_PATH_IMAGE055
其中，
Figure 23536DEST_PATH_IMAGE056
为多次测量后通过统计方法（例如bessel公式）得到，属于A类计 算。此外，实际施加气压与通过校准的办法得到的气压值之间会存在误差，此误差为示值误 差，由示值误差引入的不确定度记为
Figure 946493DEST_PATH_IMAGE057
。
Figure 256251DEST_PATH_IMAGE058
为气囊与摆动盘接触名义面积。此面积的大小会受到温度的影响，实际接触 面积为
Figure 326976DEST_PATH_IMAGE059
，R为实际接触面积的半径；由于温度膨胀问题的影响，可以得到：
Figure 380382DEST_PATH_IMAGE060
其中，T为温度；C为温度的线膨胀系数，同时
Figure 157845DEST_PATH_IMAGE061
，那么由于半径测量 引入的不确定度为
Figure 638505DEST_PATH_IMAGE062
，最终得到实际接触面积的不确定度为
Figure 930946DEST_PATH_IMAGE063
：
Figure 788044DEST_PATH_IMAGE065
Figure 420014DEST_PATH_IMAGE066
表示温度变化值；
Figure 71575DEST_PATH_IMAGE067
表示半径变化值。
（2）摆动盘引起的不确定度：
对于摆动盘引起的不确定度
Figure 116891DEST_PATH_IMAGE068
，可从四个方面引入不确定度，包括摆动角度 稳定性θ、温度T、轴承死区以及阻尼器的摩擦力，可表示为：
Figure 512100DEST_PATH_IMAGE069
式中，
Figure 60893DEST_PATH_IMAGE070
为角度测量的不确定度，
Figure 24301DEST_PATH_IMAGE071
为温度的不确定度，
Figure 291335DEST_PATH_IMAGE072
为由轴承在受 到超过自身径向额定载荷而产生的转动不畅问题而引起的不确定度，
Figure 490235DEST_PATH_IMAGE073
为阻尼器在 工作初期产生的阻力所带来的不确定度。
其中，对于
Figure 828288DEST_PATH_IMAGE074
：由于气囊加压后有效力值的方向为竖直方向，因此由于摆动引起 的力值的相对变化为：
Figure 87231DEST_PATH_IMAGE076
其中，
Figure 841560DEST_PATH_IMAGE077
由上一级技术机构的校准水平决定；摆动角θ的取值范围按实际自由 摆动最大幅度计算，由于摆动盘自重原因，摆动角θ为0度位置的概率高于两端值，该分析通 过最大摆动分析获得，属B类计算方法。
对于
Figure 578572DEST_PATH_IMAGE078
：温度对于摆动盘加载机构最大的影响来源于摆动盘结构的热膨胀不 均匀性。此处仅考虑由于膨胀而带来的最差的情况，即考虑在三维方向各自产生单边最大 变形，得到：
Figure 101957DEST_PATH_IMAGE079
对于
Figure 469485DEST_PATH_IMAGE080
：通常情况下，这种转动死区现象可通过实际承载大小与额定载荷匹 配。
对于
Figure 445531DEST_PATH_IMAGE081
：当加载时，机构会产生不同层级的变形，变形速度引起的阻尼器相 对运动，最终引发阻尼力，当加载稳定时，变形速率为零，此时阻尼力近似为零。
（3）对于杠杆系统引起的不确定度：
根据杠杆系统产生的不确定度分量通过最终杠杆比的形式影响力值输出，产生的 不确定度为
Figure 986234DEST_PATH_IMAGE082
。
根据
Figure 629705DEST_PATH_IMAGE083
，得到：
Figure 902554DEST_PATH_IMAGE084
其中，
Figure 631476DEST_PATH_IMAGE085
，
Figure 710290DEST_PATH_IMAGE086
为杠杆支点两端力臂长度；
Figure 208268DEST_PATH_IMAGE087
表示
Figure 652018DEST_PATH_IMAGE088
引起的不确定度分量，
Figure 868236DEST_PATH_IMAGE089
表示
Figure 750741DEST_PATH_IMAGE090
引起的不确定度分量，
Figure 103225DEST_PATH_IMAGE091
表示杠杆放大比引起的不确定度分量。
根据实际力臂测量中三坐标机的准确度等级，力臂长度相对标准不确定度为2e-6；由于温度对同种材料的力臂长度的影响一致，在温度梯度忽略的情况下，同一工件内的两端臂长膨胀量比值也一致。
（4）加载盘系统的不确定度
Figure 983457DEST_PATH_IMAGE092
：
根据
Figure 421391DEST_PATH_IMAGE093
，得到加载盘系统的不确定度：
Figure 842008DEST_PATH_IMAGE094
式中，
Figure 314578DEST_PATH_IMAGE095
为加载盘质量测量的不确定度，
Figure 100131DEST_PATH_IMAGE096
为加载盘质量。
盘质量测量不确定度
Figure 25362DEST_PATH_IMAGE097
可根据实物校准结果与三维模型分析确定，实际使 用时不超过标准E2等级，即相对标准不确定度为1e-6。
为重力加速度测量不确定度。根据绝对重力法测量，重力加速度测量的相对不确定度为2e-7。
（5）对于压力输出监测系统的不确定度
Figure 249670DEST_PATH_IMAGE098
:
由于压力输出监测系统最终以高精度拉压双向力传感器、显示仪表组成，考虑其包含的不确定度分量，则压力输出监测系统相对标准的不确定度为：
Figure 576746DEST_PATH_IMAGE034
Figure 798780DEST_PATH_IMAGE099
为温度引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 211307DEST_PATH_IMAGE101
式中，T为温度，通过温度实验，在设定不同温度下考察传感器在同种载荷下得到 的示值的差值，获得温度相对变化量
Figure 973727DEST_PATH_IMAGE102
。实验时，在温度允许变化范围内，
Figure 155309DEST_PATH_IMAGE103
为传感器 示值的最大相对变化量。
Figure 548244DEST_PATH_IMAGE104
为灵敏度漂移引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 448067DEST_PATH_IMAGE105
式中，
Figure 14178DEST_PATH_IMAGE106
为灵敏度对温度的变化率，
Figure 50267DEST_PATH_IMAGE107
为温度相对变化量。
Figure 676420DEST_PATH_IMAGE108
为零点漂移引起的测量标准不确定度，具体表达式为
Figure 992433DEST_PATH_IMAGE109
式中，
Figure 96656DEST_PATH_IMAGE110
为依据JJG391-2009规程要求，通过试验得到的零点输出在温度变化时 的最大变化率，
Figure 252830DEST_PATH_IMAGE111
为温度相对变化量。
Figure 49885DEST_PATH_IMAGE112
为校准引起的测量标准不确定度，属于B类计算方法，源自证书记录。
Figure 596404DEST_PATH_IMAGE113
为滞后引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 769897DEST_PATH_IMAGE115
式中，
Figure 780578DEST_PATH_IMAGE116
为相对滞后变化量，通过对传感器施加载荷，记录传感器在加载和 卸载过程中对同一名义力值的输出值，并计算差值，取试验得到的最大相对变化量，
Figure 748534DEST_PATH_IMAGE117
为同载荷点进程与回程的示值差，
Figure 844666DEST_PATH_IMAGE118
为当量示值。
Figure 228374DEST_PATH_IMAGE119
为稳定性引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 359141DEST_PATH_IMAGE121
式中，
Figure 497998DEST_PATH_IMAGE122
为通过在同一条件下在间隔一年及以上试验得到的相同载荷下传感 器示值的最大相对变化量，
Figure 81426DEST_PATH_IMAGE123
为同载荷点在实验间隔内的最大差值，
Figure 268825DEST_PATH_IMAGE124
为当量示值。
Figure 254099DEST_PATH_IMAGE125
为分辨率引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 563857DEST_PATH_IMAGE126
式中，
Figure 634581DEST_PATH_IMAGE127
为最小分度值，
Figure 625671DEST_PATH_IMAGE128
为读数对应的分度值。
Figure 465451DEST_PATH_IMAGE129
为EMC电磁兼容引起的测量标准不确定度，具体表达式为：
Figure 946111DEST_PATH_IMAGE130
式中，
Figure 238552DEST_PATH_IMAGE131
为EMC改变后引起的示值变化，
Figure 95650DEST_PATH_IMAGE132
为当量示值。需要注意 的是根据IEC相关标准，评价传感器受到的电磁干扰所产生的项目为七项，因此
Figure 727619DEST_PATH_IMAGE134
。七项实验内容分别为:
1、Power voltage variation（DC参考标准：IEC 61000-4-29\IEC61000-4-1;AC参考标准：IEC 61000-2-1\IEC61000-4-1）；
2、Short-time power reductions（DC参考标准：IEC 61000-4-29\IEC61000-4-1;AC参考标准：IEC 61000-4-11\IEC61000-6-1\6-2）；
3、Bursts(electrical fast transients)（参考标准：IEC 61000-4-4）；
4、Surge（参考标准：IEC 61000-4-5）；
5、Electrostatic discharge（参考标准：IEC 61000-4-2）；
6、Exposure to radiated RF electromagnetic fields（参考标准：IEC 61000-4-3）；
7、Exposure to conducted currents generated by RF EM fields（参考标准：IEC 61000-4-6）。
Figure 379181DEST_PATH_IMAGE135
为蠕变引起的测量标准不确定度具体表达式为：
Figure 424497DEST_PATH_IMAGE137
式中，
Figure 819706DEST_PATH_IMAGE138
为传感器满量程加载测试时间，实际测量读数时间为
Figure DEST_PATH_IMAGE139
,蠕变相对 输出为
Figure 306182DEST_PATH_IMAGE140
。
Figure DEST_PATH_IMAGE141
为测量系统中示值重复性引起的测量标准不确定度，通过标准传感器进行 短时间内的多次标定，获取对应示值，根据bessel公式，计算测量重复性，属于A类计算方 法，并可以得到：
Figure 394224DEST_PATH_IMAGE142
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE143
为单次测量示值，
Figure 598940DEST_PATH_IMAGE144
为多次平均值。
Figure DEST_PATH_IMAGE145
为测量系统中示值复现性引起的测量标准不确定度，通过标准传感器多次不 同时间相同控制条件下多次标定，获取对应示值，利用bessel公式计算复现性，属于A类计 算方法，并可以得出：
Figure 532261DEST_PATH_IMAGE147
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE148
为单组线性回归得到的比例系数平均值，
Figure 201140DEST_PATH_IMAGE149
平均为多组不同次之间的 平均值。
综上，对实际名义力进行全微分，由于加载盘自重、气囊力值以及杠杆比相对独 立，即可以忽略这些分量的互相关系数，从而得到最终形成下压力的相对标注不确定度
Figure 394837DEST_PATH_IMAGE150
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE152
根据各个不确定度分量的相对大小与独立分布特性，根据
Figure 883587DEST_PATH_IMAGE150
得到相对扩展不确 定度
Figure 886178DEST_PATH_IMAGE153
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE154
其中， k为包含因子，取k=2，置信概率为95%。
在本实施例中，为保障
Figure 347246DEST_PATH_IMAGE155
评估过程中的不确定度分量能够逐一溯源，建立如图5 所示的量值溯源体系。
从体系上看，能够生成下压力的抛磨加压系统各个环节，分别对应国家计量系统相应的计量标准：
构成气囊加压部分的关键物理量气压、尺寸分别溯源至国家压力标准与长度标准；
构成摆动盘部分的角度量溯源至国家角度标准；
构成杠杆系统部分的物理量溯源至国家长度标准、角度标准；
构成加载盘系统的溯源至质量系统；
构成输出监测系统的力传感器部分溯源至国家力值标准；
同时所有环节中环境温度的测定与分析将溯源至国家温度标准。
上述国家标准通过量传溯源至国家基准，根据国际计量系统对基本单位的物理常数重新定义，本抛磨系统下压力最终将溯源至基本物理常数。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，包括：
根据预先建立的基于柔性气囊下压结构的物理模型，确定下压力的计算公式；
根据下压力的计算公式以及下压力的传递链条，获得下压力不确定度的各个分量；
对传递链条中各环节进行相关性分析，确定各个不确定度的分量之间是否具有相关性，将具有关联的不确定度的分量求其相关系数，不相关的不确定度的分量作为独立变量；
将各环节中影响加载力值的因素进行分类，对相关性分析后的各个不确定度的分量分别按照分类结果的不同采用不同计算方法进行计算，并根据所有不确定度的分量计算合成标准不确定度，进而得到合成扩展不确定度。
2.如权利要求1所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述柔性气囊下压结构包括：
壳体，能绕自身轴线进行旋转；
气囊，包括上气囊与下气囊；所述上气囊与所述下气囊分别固定在所述壳体的上部和下部，且所述上气囊与所述下气囊同轴线设置；
摆动盘，设置在所述上气囊与所述下气囊的中部；
横向定位器，其一端与所述壳体连接，另一端与所述摆动盘的一侧连接，通过所述摆动盘和所述横向定位器避免所述气囊在膨胀时产生横向摆动；
杠杆，其中部活动设置在所述壳体上，一端端部通过所述摆动盘与所述气囊转动连接，所述杠杆的另一端端部经转接头与加载盘连接。
3.如权利要求1所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：
能够用统计的方法得到不确定度的分量采用A类计算方法，不能用统计的方法得到不确定度的分量采用B类计算方法。
4.如权利要求1所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，根据所述物理模型的下压力的传递链条，划分为气囊加压装置、摆动盘、杠杆系统、加载盘系统以及输出监测系统这5个部分进行不确定度计算。
5.如权利要求4所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述标准不确定度为：
Figure 791013DEST_PATH_IMAGE001
扩展不确定度为：
Figure 655064DEST_PATH_IMAGE002
式中，
Figure 672698DEST_PATH_IMAGE003
为包含因子，
Figure 760740DEST_PATH_IMAGE004
为杠杆比，
Figure 745883DEST_PATH_IMAGE005
为标准不确定度，
Figure 679204DEST_PATH_IMAGE006
为气囊加压装置 的不确定度，
Figure 816924DEST_PATH_IMAGE007
为摆动盘的不确定度，
Figure 544708DEST_PATH_IMAGE008
为杠杆系统的不确定度，
Figure 33459DEST_PATH_IMAGE009
为加载盘系统的不确定度，
Figure 504891DEST_PATH_IMAGE010
为压力输出监测系统的不确定度。
6.如权利要求5所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述气囊加压装置的不确定度为：
Figure 28276DEST_PATH_IMAGE011
式中，
Figure 910651DEST_PATH_IMAGE012
为气囊压力，
Figure 621118DEST_PATH_IMAGE013
为气囊压力不确定度，
Figure 630662DEST_PATH_IMAGE014
为气囊与摆动 盘接触名义面积，
Figure 477395DEST_PATH_IMAGE015
为实际接触面积的不确定度。
7.如权利要求5所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述摆动盘引入的不确定度为：
Figure 78141DEST_PATH_IMAGE016
式中，
Figure 262522DEST_PATH_IMAGE017
为角度测量的不确定度，
Figure 606916DEST_PATH_IMAGE018
为温度的不确定度，
Figure 573735DEST_PATH_IMAGE019
为由轴承在受 到超过自身径向额定载荷而产生的转动不畅问题而引起的不确定度，
Figure 548644DEST_PATH_IMAGE020
为阻尼器 在工作初期产生的阻力所带来的不确定度。
8.如权利要求5所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述杠杆 系统的不确定度为
Figure 764862DEST_PATH_IMAGE021
，其中，
Figure 116209DEST_PATH_IMAGE022
为：
Figure 468692DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 863771DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 301705DEST_PATH_IMAGE025
为杠杆支点两端力臂长度；
Figure 456743DEST_PATH_IMAGE026
表示
Figure 663733DEST_PATH_IMAGE024
引起的不确定度分 量，
Figure 246024DEST_PATH_IMAGE027
表示
Figure 640097DEST_PATH_IMAGE025
引起的不确定度分量，
Figure 864405DEST_PATH_IMAGE028
表示杠杆放大比引起的不确定度分 量。
9.如权利要求5所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述加载盘系统的不确定度为：
Figure 909590DEST_PATH_IMAGE029
式中，
Figure 193941DEST_PATH_IMAGE030
为加载盘质量测量的不确定度，
Figure 809730DEST_PATH_IMAGE031
为加载盘质量。
10.如权利要求5所述基于柔性气囊的下压力不确定度计算方法，其特征在于，所述压力输出监测系统的不确定度为：
Figure 306570DEST_PATH_IMAGE032
式中，
Figure 956994DEST_PATH_IMAGE033
为温度引起的测量标准不确定度，
Figure 412247DEST_PATH_IMAGE034
为灵敏度漂移引 起的测量标准不确定度，
Figure 30179DEST_PATH_IMAGE035
为零点漂移引起的测量标准不确定度，
Figure 596289DEST_PATH_IMAGE036
为校准引起的测量标准不确定度，
Figure 101220DEST_PATH_IMAGE037
为滞后引起的测量标准不确定度，
Figure 727373DEST_PATH_IMAGE038
为稳定性引起的测量标准不确定度，
Figure 317755DEST_PATH_IMAGE039
为分辨率引起的测量标准 不确定度，
Figure 156398DEST_PATH_IMAGE040
为EMC电磁兼容引起的测量标准不确定度，
Figure 312572DEST_PATH_IMAGE041
为蠕变引起 的测量标准不确定度，
Figure 824807DEST_PATH_IMAGE042
为测量系统中示值重复性引起的测量标准不确定度，
Figure 433642DEST_PATH_IMAGE043
为测量系统中示值复现性引起的测量标准不确定度。
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