我國建立高精度光學(xué)二維圖形圓度測量裝置

　　日前，一種高精度的新型光學(xué)二維圖形圓度測量裝置在中國計(jì)量科學(xué)研究院研制成功并通過專家驗(yàn)收。該裝置首次采用圓度測量的標(biāo)準(zhǔn)方法與影像探測技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)二維圓圖形高精度圓度校準(zhǔn)，準(zhǔn)確度達(dá)到世界先進(jìn)水平，解決了高精度影像測頭坐標(biāo)測量機(jī)的溯源問題。

　　坐標(biāo)測量機(jī)是一種精密、高效的空間幾何量測量儀器，在測量領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，小到五金件的尺寸確定，大到整機(jī)、整車的幾何量測量。隨著坐標(biāo)測量技術(shù)的發(fā)展，為滿足不同的測量需求，坐標(biāo)測量機(jī)測頭的種類越來越多。相應(yīng)地，坐標(biāo)測量機(jī)的校準(zhǔn)也面臨越來越多的挑戰(zhàn)。其中，我國擁有配置影像測頭的坐標(biāo)測量機(jī)數(shù)萬臺(tái)，包括二維影像測量儀、配置影像測頭的三維坐標(biāo)測量機(jī)等，每年涉及產(chǎn)值上億元。但其校準(zhǔn)問題一直未能得到很好地解決。
　　圓度誤差測量方法是非常重要的形狀誤差評(píng)價(jià)技術(shù)之一。根據(jù)坐標(biāo)測量溯源技術(shù)的原理，國際計(jì)量界通常采用標(biāo)準(zhǔn)圓圖形作為評(píng)價(jià)探測誤差的標(biāo)準(zhǔn)器，標(biāo)準(zhǔn)器上圖形的圓度是其關(guān)鍵計(jì)量特性。圓度誤差測量的標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)方法是采用接觸法，利用圓度儀進(jìn)行測量。但圓度儀不具備零高度二維圖形的圓度測量功能，接觸法的被測對(duì)象只能是三維的。對(duì)于市場需求日益迫切的標(biāo)準(zhǔn)二維圓圖形圓度的測量，目前國際上采用25點(diǎn)評(píng)價(jià)的影像坐標(biāo)法，使用二維影像測量儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
　　我國已引進(jìn)的高精度坐標(biāo)測量機(jī)影像測頭的探測誤差達(dá)到0.5μm。根據(jù)計(jì)量儀器設(shè)備量值傳遞原理，評(píng)定用標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度應(yīng)優(yōu)于0.15μm，高精度標(biāo)準(zhǔn)圓圖形的圓度校準(zhǔn)迫切需要建立更高精度的圓度測量裝置。
　　為解決這一難題，中國計(jì)量科學(xué)研究院長度所的研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過攻關(guān)，采用圓度測量的標(biāo)準(zhǔn)方法與影像探測技術(shù)結(jié)合，以自主研制的一維影像傳感器作為測頭，利用成熟的精密轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，構(gòu)成高精度、可溯源“光學(xué)二維圖形圓度測量裝置”，實(shí)現(xiàn)了二維圓圖形高精度圓度校準(zhǔn)。

　　從測量原理上，該裝置創(chuàng)新性地結(jié)合了接觸法和影像法的優(yōu)點(diǎn)，解決了零高度二維圖形的圓度測量問題。同時(shí)該裝置誤差來源簡單，與傳統(tǒng)測量的評(píng)價(jià)方法一致，量值溯源途徑清晰，解決了光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑、光學(xué)傳感器噪聲等對(duì)分辨力和測量能力的限制等難題。
　　該成果可用于光學(xué)影像測量設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)器的溯源，為集成電路、印刷電路和機(jī)械零件等加工制造行業(yè)的光學(xué)制版設(shè)備和光學(xué)成像加工設(shè)備的準(zhǔn)確度驗(yàn)收提供了新的可能，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。（文：劉旭紅 圖：王為農(nóng)）