我國建立高精度光學二維圖形圓度測量裝置

　　日前，一種高精度的新型光學二維圖形圓度測量裝置在中國計量科學研究院研制成功并通過專家驗收。該裝置首次采用圓度測量的標準方法與影像探測技術結合，實現二維圓圖形高精度圓度校準，準確度達到世界先進水平，解決了高精度影像測頭坐標測量機的溯源問題。

　　坐標測量機是一種精密、高效的空間幾何量測量儀器，在測量領域應用廣泛，小到五金件的尺寸確定，大到整機、整車的幾何量測量。隨著坐標測量技術的發展，為滿足不同的測量需求，坐標測量機測頭的種類越來越多。相應地，坐標測量機的校準也面臨越來越多的挑戰。其中，我國擁有配置影像測頭的坐標測量機數萬臺，包括二維影像測量儀、配置影像測頭的三維坐標測量機等，每年涉及產值上億元。但其校準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價技術之一。根據坐標測量溯源技術的原理，國際計量界通常采用標準圓圖形作為評價探測誤差的標準器，標準器上圖形的圓度是其關鍵計量特性。圓度誤差測量的標準和傳統方法是采用接觸法，利用圓度儀進行測量。但圓度儀不具備零高度二維圖形的圓度測量功能，接觸法的被測對象只能是三維的。對于市場需求日益迫切的標準二維圓圖形圓度的測量，目前國際上采用25點評價的影像坐標法，使用二維影像測量儀進行校準。
　　我國已引進的高精度坐標測量機影像測頭的探測誤差達到0.5μm。根據計量儀器設備量值傳遞原理，評定用標準器的不確定度應優于0.15μm，高精度標準圓圖形的圓度校準迫切需要建立更高精度的圓度測量裝置。
　　為解決這一難題，中國計量科學研究院長度所的研究團隊經過攻關，采用圓度測量的標準方法與影像探測技術結合，以自主研制的一維影像傳感器作為測頭，利用成熟的精密轉臺和數據處理系統，構成高精度、可溯源“光學二維圖形圓度測量裝置”，實現了二維圓圖形高精度圓度校準。

　　從測量原理上，該裝置創新性地結合了接觸法和影像法的優點，解決了零高度二維圖形的圓度測量問題。同時該裝置誤差來源簡單，與傳統測量的評價方法一致，量值溯源途徑清晰，解決了光學系統數值孔徑、光學傳感器噪聲等對分辨力和測量能力的限制等難題。
　　該成果可用于光學影像測量設備標準器的溯源，為集成電路、印刷電路和機械零件等加工制造行業的光學制版設備和光學成像加工設備的準確度驗收提供了新的可能，具有很高的經濟和社會效益。（文：劉旭紅 圖：王為農）