我国建立高精度光学二维图形圆度测量装置

2013-12-03 admin1 69

  日前,一种高精度的新型光学二维图形圆度测量装置在中国计量科学研究院研制成功并通过专家验收。该装置首次采用圆度测量的标准方法与影像探测技术结合,实现二维圆图形高精度圆度校准,准确度达到世界先进水平,解决了高精度影像测头坐标测量机的溯源问题。

  坐标测量机是一种精密、高效的空间几何量测量仪器,在测量领域应用广泛,小到五金件的尺寸确定,大到整机、整车的几何量测量。随着坐标测量技术的发展,为满足不同的测量需求,坐标测量机测头的种类越来越多。相应地,坐标测量机的校准也面临越来越多的挑战。其中,我国拥有配置影像测头的坐标测量机数万台,包括二维影像测量仪、配置影像测头的三维坐标测量机等,每年涉及产值上亿元。但其校准问题一直未能得到很好地解决。

  圆度误差测量方法是非常重要的形状误差评价技术之一。根据坐标测量溯源技术的原理,国际计量界通常采用标准圆图形作为评价探测误差的标准器,标准器上图形的圆度是其关键计量特性。圆度误差测量的标准和传统方法是采用接触法,利用圆度仪进行测量。但圆度仪不具备零高度二维图形的圆度测量功能,接触法的被测对象只能是三维的。对于市场需求日益迫切的标准二维圆图形圆度的测量,目前国际上采用25点评价的影像坐标法,使用二维影像测量仪进行校准。

  我国已引进的高精度坐标测量机影像测头的探测误差达到0.5μm。根据计量仪器设备量值传递原理,评定用标准器的不确定度应优于0.15μm,高精度标准圆图形的圆度校准迫切需要建立更高精度的圆度测量装置。

  为解决这一难题,中国计量科学研究院长度所的研究团队经过攻关,采用圆度测量的标准方法与影像探测技术结合,以自主研制的一维影像传感器作为测头,利用成熟的精密转台和数据处理系统,构成高精度、可溯源“光学二维图形圆度测量装置”,实现了二维圆图形高精度圆度校准。

  从测量原理上,该装置创新性地结合了接触法和影像法的优点,解决了零高度二维图形的圆度测量问题。同时该装置误差来源简单,与传统测量的评价方法一致,量值溯源途径清晰,解决了光学系统数值孔径、光学传感器噪声等对分辨力和测量能力的限制等难题。

  该成果可用于光学影像测量设备标准器的溯源,为集成电路、印刷电路和机械零件等加工制造行业的光学制版设备和光学成像加工设备的准确度验收提供了新的可能,具有很高的经济和社会效益。

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