现代精密测量技术的状况及发展前景(2)

光学干涉显微镜测量技术，包括外差干涉测量技术、超短波长干涉测量技术、基于F-P（Ferry-Perot）标准的测量技术等，随着新技术、新方法的利用亦具有纳米级测量精度。外差干涉测量技术具有高的位相分辨率和空间分辨率，如光外差干涉轮廓仪具有0.1nm的分辨率；基于频率跟踪的F-P标准具测量技术具有极高的灵敏度和准确度，其精度可达0.001nm，但其测量范围受激光器的调频范围的限制，仅有0.1μm。而扫描电子显微镜（SEM）可使几十个原子大小的物体成像。美国ZYGO公司开发的位移测量干涉仪系统，位移分辨率高于0.6nm，可在1.1m/s的高速下测量，适于纳米技术在半导体生产、数据存储硬盘和精密机械中的应用。目前，在微/纳米机械中，精密测量技术一个重要研究对象是微结构的机械性能与力学性能、谐振频率、弹性模量、残余应力及疲劳强度等。微细结构的缺陷研究，如金属聚集物、微沉淀物、微裂纹等测试技术的纳米分析技术目前尚不成熟。国外在此领域主要开展用于晶体缺陷的激光扫描层析技术，用于研究样品顶部几个微米之内缺陷情况的纳米激光雷达技术，其探测尺度分辨率均可达到1nm。

图2.2.4位移测量干涉仪系统

2.3图像识别测量技术

随着近代科学技术的发展，几何尺寸与形位测量已从简单的一维、二维坐标或形体发展到复杂的三维物体测量，从宏观物体发展到微观领域。被测物体图像中即包含有丰富的信息，为此，正确地进行图像识别测量已经成为测量技术中的重要课题。图像识别测量过程包括：（1）图像信息的获取；（2）图像信息的加工处理，特征提取；（3）判断分类。计算机及相关计算技术完成信息的加工处理及判断分类，这些涉及到各种不同的识别模型及数理统计知识。图像测量系统一般由以下结构组成，如图1所示。以机械系统为基础，线阵、面阵电荷耦合器件CCD或全息照相系统构成摄像系统；信息的转换由视频处理器件完成电荷信号到数字信号的转换；计算机及计算技术实现信息的处理和显示；回馈系统包括温度误差补偿，摄像系统的自动调焦等功能；载物工作台具有三坐标或多坐标自由度，可以精确控制微位移。[5] 2.3.1CCD传感器技术

物体三维轮廓测量方法中，有三坐标法、干涉法、穆尔等高线法及相位法等。而非接触电荷耦合器件CCD是近年来发展很快的一种图像信息传感器。[5]它具有自扫描、光电灵敏度高、几何尺寸精确及敏感单元尺寸小等优点。随着集成度的不断提高、结构改善及材料质量的提高，它已日益广泛地应用于工业非接触图像识别测量系统中。在对物体三维轮廓尺寸进行检测时，采用软件或硬件的方法，

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如解调法、多项式插值函数法及概率统计法等，测量系统分辨率可达微米级。也有将CCD应用于测量半导体材料表面应力的研究。 2.3.2照相技术

全息照相测量技术是60年代发展起来的一种新技术，用此技术可以观察到被测物体的空间像。激光具有极好的空间相干性和时间相干性，通过光波的干涉把经物体反射或透射后，光束中的振幅与相位信息。

3现代测量技术的发展趋势

3.1精密化

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。 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、扫描探针显微镜和原子力显微镜，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。[6] 3.2自动化

在线在机测量技术以及工位量仪、主动量仪是大批量生产时保证加工质量的重要手段。计量型仪器进入生产现场、融入生产线，监控生产过程。对仪器的高可靠性、高效率、高精度以及质量统计功能、故障诊断功能提出了新的要求，而近年来开发的各种在线在机测量仪器满足了这些要求。 3．3智能化

智能化测量技术是数字化制造技术的一个重要的、不可或缺的组成部分；智能化测量仪器、智能化量具产品的不断丰富和发展，适合并满足了生产现场不断提高的使用要求 3.4集成化

各测量机制造商独立开发的不同软件系统往往互不兼容，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。[7] 3.5经济化

在制造业中，质量保证的理想目标是实行生产的零废品制造。在实现这个目标的过程中，精密测试技术的作用和重要意义是不言而喻的。零部件的加工质量、整机的装配质量都与加工设备、测试设备以及测试信息的分析处理等有关，因此实现零废品生产，以精密测试的角度出发，以下问题应予考虑：(1)在加工工件前，事先检测机床。如何快速准确地对加工设备进行校验，获得机床的精度状况，这对大幅度地减少返工，甚至消除返工是非常有益的。当然这是包括检测设备的研究开发。(2)生产过程中对工件进行在线测量或对工件进行100%检测，这就需要研究适合于动态或准动态的测试设备，甚至能集成到加工设备中的特殊测试设备，做到实时测试，根据测试结果不断修改工艺参数，对加工设备进行补充调整或回馈控制。从精度理论方面也相应要研究动态精度理论，包括动态精度的评定等。(3)研究如何充

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分利用测量信息来实现零废品生产。通过100%在线测量数据的充分利用，从中分析加工和测量过程中误差分布的动态特性，同时根据加工误差的动态特性和传感器精度的精度损失特性，以及产品质量要求和公差规定，给出零废品制造的基本理论模型。充分利用人工神经网络，遗传算法等现代数学方法进行准确的加工质量预测，做到质量超前控制。

3.6非接触化

非接触测试技术很多，特别值得一提的是视觉测试技术。现代视觉理论和技术的发展，不仅在于模拟人眼能完成的功能，更重要的是它能完成人眼所不能胜任的工作，所以视觉技术作为当今最新技术，在电子、光学和计算机等技术不断成熟和完善的基础上得到迅速发展。视觉测试技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴测试技术。与计算机视觉研究的视觉模式识别、视觉理解等内容不同，视觉测试技术重点研究物体的几何尺寸及物体的位置测量，如轿车白车身三维尺寸的测量、模具等三维面形的快速测量、大型工件同轴度测量、共面性测量等。它可以广泛应用于在线测量、逆向工程等主动、实时测量过程。视觉测试技术在国外发展很快，早在20世纪80年代，美国国家标准局就预计，检测任务的90%将由视觉测试系统来完成。美国在80年代就有100多家公司跻身于视觉测试系统的经营市场，可见视觉测试系统确实很有前途。在1999年10月的北京国际机床博览会上已见到国外利用视觉检测技术研制的仪器，如流动式光学三坐标测量机、高速高精度数字化扫描系统、非接触式光学三坐标测量机等先进仪器。[10]

3.7多功能化

多传感器融合技术在制造现场中的应用 多传感器融合是解 …… 此处隐藏：2352字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……