现代精密测量技术现状及发展-仪器信息网.PDFVIP

现代精密测量技术现状及发展 现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术为一体的综合性 交叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科 学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。三坐标测量机（CMM ）是适应 上述发展趋势的典型代表，它几乎可以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和相互位置进行 高准确度测量。发展高速坐标测量机是现代工业生产的要求。同时，作为下世纪的重点发展目标， 各国在微/纳米测量技术领域开展了广泛的应用研究。 1 坐标测量机的必威体育精装版发展 三坐标测量机作为几何尺寸数字化检测设备在机械制造领域得到推广使用，而科学研究和机械 制造行业的技术进步又对CMM 提出更多新的要求，作为测量机的制造者就需要不断将新技术应 用于自己的产品以满足生产实际的需要。 1.1 误差自补偿技术 德国Carl Zeiss 公司最近开发的CNC 小型坐标测量机采用热不灵敏陶瓷技术（Thermally insensitive ceramic technology ），使坐标测量机的测量精度在17.8～25.6 ℃范围不受温度变化的 影响。国内自行开发的数控测量机软件系统PMIS 包括多项系统误差补偿、系统参数识别和优化 技术。 1.2 丰富的软件技术 Carl Zeiss 公司开发的坐标测量机软件STRATA-UX，其测量数据可以从CMM 直接传送到随 机配备的统计软件中去，对测量系统给出的检验数据进行实时分析与管理，根据要求对其进行评 估。依据此数据库，可自动生成各种统计报表，包括X-BARR 及X_BARS 图表、频率直方 图、运行图、目标图等。美国Brown Sharp 公司的Chameleon CMM 测量系统所配支持软件可 提供包括齿轮、板材、凸轮及凸轮轴共计50 多个测量模块。日本Mitutoyo 公司研制开发了一种 图形显示及绘图程序，用于辅助操作者进行实际值与要求测量值之间的比较，具有多种输出方式。 1.3 系统集成应用技术 各坐标测量机制造商独立开发的不同软件系统往往互不相容，也因知识产权的问题，这些工程 软件是封闭的。系统集成技术主要解决不同软件包之间的通信协议和软件翻译接口问题。利用系 统集成技术可以把CAD、CAM 及CAT 以在线工作方式集成在一起，形成数学实物仿形制造系 统，大大缩短了模具制造及产品仿制生产周期。 1.4 非接触测量 基于三角测量原理的非接触激光光学探头应用于CMM 上代替接触式探头。通过探头的扫描可 以准确获得表面粗糙度信息，进行表面轮廓的三维立体测量及用于模具特征线的识别。该方法克 服了接触测量的局限性。将激光双三角测量法应用于1700mm×1200mm×200mm 测量范围内，对 复杂曲面轮廓进行测量，其精度可高于1μm 。英国IMS 公司生产的IMP 型坐标测量机可以配用 其他厂商提供的接触式或非接触式探头。 2 微/纳米级精密测量技术 科学技术向微小领域发展，由毫米级、微米级继而涉足到纳米级，即微/纳米技术。微/纳米技 术研究和探测物质结构的功能尺寸与分辨能力达到微米至纳米级尺度，使人类在改造自然方面深 入到原子、分子级的纳米层次。 纳米级加工技术可分为加工精度和加工尺度两方面。加工精度由本世纪初的最高精度微米级发 展到现有的几个纳米数量级。金刚石车床加工的超精密衍射光栅精度已达1nm，实验室已经可以 制作10nm 以下的线、柱、槽。 微/纳米技术的发展，离不开微米级和纳米级的测量技术与设备。具有微米及亚微米测量精度 的几何量与表面形貌测量技术已经比较成熟，如HP5528 双频激光干涉测量系统（精度10nm）、 具有1nm 精度的光学触针式轮廓扫描系统等。因为扫描隧道显微镜（STM,Scanning Tunning Microscope ）、扫描探针显微镜（SPM，Scanning Probe Microscope）和原子力显微镜（AFM ， Atomic Force Microscope ）用来直接观测原子尺度结构的实现，使得进行原子级的操作、装配和 改形等加工处理成为近几年来的前沿技术。 2.1 扫描探针显微镜 1981 年美国IBM 公司研制成功的扫描隧道显微镜（STM），把人们带到了微观世界。STM 具 有极高的空间分辨率（平行和垂直于表面的分辨率分别达到0.1nm 和0.01nm，即可以分辨出单 个原子），广泛应用于表面科学、材料科学和生命科学等研究领域，在一定程度上推动了纳米技