虚拟专辑

孙安斌 , 王继虎 , 曹铁泽 , 樊晶晶 , 高廷 , 刘雨薇

2026, 46(2):155-170. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.02.14

[摘要](70) [HTML](143) [PDF 53.37 M](91)

摘要:
现有高精度球坐标扫描测量系统计量标准多局限于简单几何特征评价，难以满足复杂曲面全场扫描精度的溯源需求；同时，现有大型曲面标准装置的精度易受重力及环境温度等因素影响，导致校准高精度球坐标扫描测量系统时准确度降低。针对以上问题，提出基于大型实物曲面的校准方法。创新性地设计集凹面、凸面与平面于一体的大型组合式标准装置，实现对测量系统轮廓扫描性能的综合评价；提出“分块加工-精密拼接-热胀释放”的结构设计方案，利用殷钢骨架与独立悬挂式热胀释放机构抑制环境热应力与重力变形，实现大型标准装置的高精度装配，并保障装置的长期稳定性符合要求；提出大型几何数字模型高精度重构方法，实现高精度球坐标扫描测量系统的精确校准。实验结果表明：该方法可将装配误差容限控制在0.05 mm以内，均方根误差小于0.01 mm，有效支撑了测量系统精度溯源能力的构建。

2 微纳米三坐标测量机Z轴六自由度误差在线测量与补偿

李洁 , 张成瑶 , 林荣炜 , 李瑞君

2026, 46(1):160-168. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2026.01.11

[摘要](231) [HTML](127) [PDF 10.34 M](341)

摘要:
目前缺乏具备通用性且便于集成的微纳米三坐标测量机Z轴六自由度误差在线测量与补偿方案，为解决此问题，本研究团队提出基于激光干涉和自准直原理的Z轴直线和角度误差同步测量方法，基于阿贝原则与布莱恩原则建立Z轴六自由度误差补偿模型，研制相应的高精度紧凑型在线六自由度误差测量系统，并将该系统应用于微纳米三坐标测量机中。对标称厚度为8 mm的0级量块进行测量，结果显示：误差补偿后，量块厚度测量结果的标准差与示值误差分别降低了54.6%与54.3%。研究成果为提高三坐标测量机测量准确性提供了有力支撑。

3 六自由度机器人末端位姿校准误差链路分析

江文松 , 王妍 , 罗哉 , 冯思琪 , 杨力 , 张鹏浩

2025, 45(2):48-55. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.05

[摘要](561) [HTML](187) [PDF 2.88 M](936)

摘要:
为研究校准误差对机器人末端定位精度的非线性影响，开展六自由度机器人末端位姿校准误差链路分析。采用修正的DH模型（Modified Denavit-Hartenberg Model， MDH）约束条件建立六自由度机器人的运动学参数模型，分析末端位姿变换的空间几何特征关系；分析机器人校准误差的来源，得到测量系统各坐标系之间的函数关系，构建机器人末端位姿校准误差传递链路模型。搭建六自由度机器人校准系统开展实验，结果表明：机器人末端校准误差主要来源包括连杆长度误差、关节偏移误差、关节扭转角误差和零位误差等，合成后的校准误差为2.66 mm；机器人末端x、y、z方向的相对不确定度分别为0.09%、0.37%、0.46%。研究成果为机器人末端精准定位控制提供了技术参考。

4 基于电光采样的飞秒激光精密测距及应用

邱志锋 , 孙世超 , 李波瑶 , 古楚芳 , 孙敬华

2025, 45(2):80-87. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.08

[摘要](566) [HTML](227) [PDF 6.76 M](1069)

摘要:
为探索高精度、高速度激光精密测量，研究了基于电光采样定时检测技术的飞秒光频梳精密测距，该光频梳测距系统结合了光纤Sagnac干涉环、动态相位偏置的电光调制器、非互易静态相位偏置单元以及光脉冲飞行时间探测，具备高精度和高速度的优点。研究表明：该系统在26 ms积分时间内可实现45 nm的单点测距不确定度，通过结合二维扫描平移台，实现了量块台阶高度和硬币表面形貌的精密测量；并对3 m外受附近扬声器声波振动的漫反射金属薄膜进行了动态检测，还原了所播放的音乐声信号。本研究展示了电光采样定时检测技术在高精度、高速度距离测量中的巨大潜力，为促进精密测距领域的发展起到重要作用。

5 基于电光强度相位级联调制的激光扫频干涉测距方法

邓忠文 , 刘传锋 , 张恒康 , 孙海峰 , 张树威 , 李小平

2025, 45(2):68-79. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2025.02.07

[摘要](582) [HTML](218) [PDF 5.64 M](835)

摘要:
激光扫频干涉（Frequency Scanning Interferometry， FSI）绝对测距技术在高端装备制造和空天科技领域展现出广阔的应用前景和重要的技术潜力。针对传统FSI在高动态测量场景下测距误差显著增大的问题，提出了一种基于电光强度-相位级联调制的FSI测距方法。在对传统FSI系统中光程差变化放大效应进行理论推导的基础上，设计了一种电光强度-相位级联调制的双边带FSI测距系统。该系统通过单光电探测器对扫频干涉光进行光电检测，并采用全相位快速傅里叶变换（All-Phase Fast Fourier Transform， APFFT）高精度提取干涉信号的相位信息，实现了对待测目标绝对距离和相对位移的同步高精度测量。仿真结果表明：该方法的绝对距离测量标准差在10 μm以下，相对位移测量标准差在10 nm以下，有效验证了所提方法的可行性和准确性。

6 航空发动机叶片粗糙度测量方法研究

张学仪 , 何小妹 , 王一璋 , 马鹏谋

2023(2). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.02.05

[摘要](989) [HTML](337) [PDF 3.52 M](1391)

摘要:
航空发动机叶片表面弯扭大，加工过程中难以保证表面粗糙度一致。针对现阶段粗糙度测量方法在测量叶片时缺少测量位置和方向的定义，导致测得的粗糙度值无法判定叶片粗糙度合格性的问题，开展了叶片粗糙度测量方法研究。基于叶片实测截面数据，利用坐标测量机上搭载的粗糙度测头，通过对不同类型的叶片进行多位置多方向的粗糙度测量实验，分析不同位置、不同方向的粗糙度测量结果差异，得到了叶片粗糙度测量方法。本方法将叶片粗糙度与叶片型面相关联，解决了叶片粗糙度的测量位置和测量方向缺乏规范的问题。研究结果对准确、有效、规范地评估叶片表面质量的合格性具有重要意义。

7 高深宽比微结构深度测量技术的研究进展

吴岳松 , 王子政 , 孙新磊 , 武飞宇 , 霍树春 , 胡春光

2023(1):3-17. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.01

[摘要](3242) [HTML](457) [PDF 3.98 M](4590)

摘要:
高深宽比孔/槽微结构现广泛应用于微机电系统（MEMS）与三维集成电路（3D-IC）等领域，是微纳器件的基础性工艺结构。随着器件微型化与功能化的发展需求，孔/槽微结构的深宽比不断提升。深度作为重要参数对器件加工工艺、器件性能有直接影响，微孔/槽结构深度的精确测量具有重要意义，但测量方法面临巨大挑战，成为测量领域的难题之一。针对这一问题，按照非光学和光学测量方式将测量方法分为两大类，介绍了扫描电子显微镜、扫描探针术、白光显微干涉技术、共焦显微技术和反射光谱技术等测量方法的工作原理，在微孔/槽深度测量方面的研究现状，尝试从中总结每种测量方法的优缺点，最后，讨论了未来高深宽比微结构深度测量发展趋势以及研究重点，为之后高深宽比微结构深度的测量技术研究提供帮助。

8 基于色散共焦原理的内径测量技术研究

刘汉戈 , 闫钰锋 , 唐卫 , 韩佳昊 , 潘国涛

2023(1):128-136. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.12

[摘要](1118) [HTML](266) [PDF 2.03 M](1144)

摘要:
为了满足小口径深孔类零件的高精度非接触测量需求，研制了一套适用于较大测量范围的高分辨力光学测量系统。利用色散共焦测量原理，建立了微位移量系统，结合光谱分析技术，形成了高分辨力光学测量系统。首先，基于色散共焦原理，设计了色散物镜结构；其次设计爬行结构，利用电机带动反射镜旋转，完成深管不同截面的径向几何尺寸测量；再次，通过最小二乘法以及误差分析与补偿，对系统误差进行分析；最后通过搭建实验平台验证。结果表明：该测量系统可实现小测量范围达到5 mm，测量误差优于3.3 μm，具有测量精度高、测量范围较大、结构紧凑等优点，对解决小尺寸深孔类零件内径测量难题具有重要实用意义。

9 复杂光照环境下空间目标相对位姿测量方法研究

丁奕冰，王海明，苏振华，尹亮，罗鹰

2024(2):56-69. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.02.07

[摘要](906) [HTML](261) [PDF 3.54 M](1460)

摘要:
为解决空间复杂光照环境下可见光相机获取的图像照度不一、信息失真、特征不完整导致的目标航天器相对位姿求解困难的问题，提出了一种基于图像增强和弧段特征的双目视觉相对位姿测量方法。首先通过基于带色彩保留的多尺度Retinex（Multi-scale Retinex with Chromaticity Preservation， MSRCP）自适应图像预处理方法提升空间暗弱光、局部强曝光环境下的图像质量；然后利用基于边缘弧支撑线段的椭圆检测算法提取目标航天器表面星箭对接环的弧段特征，并拟合得到椭圆轮廓；最后利用双目相机搭建了空间相对位姿测量物理仿真实验平台，建立双目空间椭圆锥测量模型解算目标的六自由度相对位姿，实现了近距离正常光照和暗弱光照场景下目标航天器相对位姿求解。实验结果显示：在正常光照场景下，相对位置平均误差优于20 mm，相对姿态平均误差优于0. 3°；在暗弱光照场景下，相对位置平均误差优于30 mm，相对姿态平均误差优于1°。研究成果为近距离空间交会对接等在轨服务任务中的目标识别与测量提供了参考，具有技术借鉴价值。

10 微结构三维形貌无损检测的双波段显微干涉技术

霍霄 , 高志山 , 袁群 , 郭珍艳 , 朱丹

2023(1):70-80. DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2023.01.06

[摘要](1131) [HTML](279) [PDF 5.54 M](1724)

摘要:
功能型微结构具有调控光场或调控电子导通等功能，一般包含具有规则的几何形状，基于深度和线宽的比值，可以将其区分为高/低深宽比微结构。目前对微结构的检测，多用有损检测中的扫描电镜（SEM）剖面成像技术，而产线上迫切需要用于监测与改进制作工艺的无损检测技术。本文系统总结了作者所在研究团队十余年在微结构三维形貌无损检测方面的低相干显微干涉技术进展，其中白光显微干涉仪用于超光滑表面、台阶、微光学元件、微机械元件等低深宽比微结构的三维形貌检测，近红外显微干涉仪用于硅基高深宽比微结构的三维形貌检测。文章阐述了两波段显微干涉系统的关键技术与典型样品的检测实例，结果表明：白光显微干涉仪和近红外显微干涉仪是两种高精度的无损检测仪器，前者检测高深宽比小于等于4，后者检测高深宽比大于等于20的微结构三维形貌，数据结果是可信的。显微干涉无损检测技术获取的三维形貌数据，将有效优化微结构的制造工艺，进一步提升有关器件的性能。

11 基于LMS自适应时延估计的高精度超声测厚系统

杨定强 , 刘继兵 , 王念 , 李瑞君

2024(4). DOI: 10.11823/j.issn.1674-5795.2024.04.05

[摘要](618) [HTML](174) [PDF 1.36 M](1134)

摘要:
针对现有超声测厚系统精度较低的问题，研制基于最小均方（Least Mean Square， LMS）自适应时间延迟估计的高精度超声测厚系统。设计超声发射及接收电路，研发基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array， FPGA）的高速数据采集及传输系统，开发基于MATLAB的上位机信号处理软件，通过LMS自适应时间延迟估计算法准确、高效地计算超声飞行时间（Time of Flight， TOF），从而实现高精度厚度测量。开展模拟回波仿真实验，结果显示：相较峰值法、包络法和相关法，LMS法在时间延迟估计方面更具优势。搭建基于LMS自适应时延估计的超声测厚系统，以量块为对象进行测厚实验，结果表明：该系统测厚相对误差小于3.77%，重复实验标准差不高于0.2 μm，最大相对不确定度为1.4%。基于LMS自适应时延估计的超声测厚系统可应用于板材厚度测量等领域，有利于推动高精度超声测厚技术发展，具有重要技术借鉴价值。