作为先进微纳米技术的基础,功能结构微尺度化在检测及加工方面提出了越来越严格的要求,包括复杂曲面成型及跨尺度周期性阵列加工等。尽管目前包括光学曝光、聚焦离子束加工等微纳米加工工艺发展成熟,但是借鉴宏观尺度机械加工优势,仍希望将高精度、高效率特性应用到微纳米领域,由此衍生出基于微尺度刀具的微机械检测加工技术。基于探针技术的原子力显微镜AFM广泛应用于材料微观形貌检测以及多形式材料去除加工,但存在鲁棒性低、加工尺度范围小等缺点,而基于AFM优化的微机械系统同样也存在刚度较高、载荷分辨率较差特性,因此本课题搭建了一套适用于μN级到m N级跨尺度载荷应用的微纳双模检测加工模块。课题研究主要工作内容如下:首先围绕微纳双模检测加工模块进行原理及力学模型研究,通过方案优化确定采用间接载荷测定方式,并利用静态接触和动态准接触两种工作模式实现法向力控制。针对模块核心零件柔性微梁采用了参数设计、有限元仿真及工艺优化,最终实现零件批量制备。基于紧凑设计目的完成了整机结构设计,选择合适型号传感器并使得装配后的结构满足其距离调整需求。最后将工作模块与控制器及多轴运动模块集成,完成了系统搭建。其次对于静态接触式系统进行了参数标定以及系统应用研究。利用力传感器对单臂及十字型柔性微梁实现了线性刚度标定;基于PID控制器完成了抗干扰闭环系统搭建,同时利用纳米压痕仪标定静态系统阈值载荷。将静态接触式系统应用于标准样板三维扫描成像,效果良好,同时完成了纳米压痕工艺研究,最后成功制备了具备良好光学衍射特性的光栅阵列微结构。最后对于动态准接触式系统围绕硬件、信号分析及结构展开研究。完成了激振压电陶瓷工作带宽内负载测试。对源信号进行数值滤波分析验证锁相输出可行性,并基于锁相放大器完成幅值线性输出优化。通过扫频实验及步进运动测试,对系统模态及法向分辨率进行标定。最终为了提升系统输出稳定性,基于有限元仿真分析对柔性微梁结构完成优化,结果表明异型结构设计在保证模态频率提升同时,兼顾了其弱法向刚度以及高平面方向刚度特性需求。