跨尺度微纳米三坐标测量机研制及误差分析

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作者 黄强先 刘慧洁 +4 位作者 张祖杨 李红莉 程荣俊 张连生 李瑞君 《光学精密工程》 北大核心 2025年第19期3058-3069,共12页

为解决三维超精密测量中大行程运动与高精度测量之间的矛盾,研制了一种新型的跨尺度微纳米三坐标测量机(Cross-Scale Micro-Nano Coordinate Measuring Machine,CSMN-CMM),测量体积为100 mm×100 mm×100 mm。不同于传统坐标测... 为解决三维超精密测量中大行程运动与高精度测量之间的矛盾,研制了一种新型的跨尺度微纳米三坐标测量机(Cross-Scale Micro-Nano Coordinate Measuring Machine,CSMN-CMM),测量体积为100 mm×100 mm×100 mm。不同于传统坐标测量机的结构形式,CSMN-CMM采用独立的、三维方向都符合阿贝原则的计量系统布局,既消除了运动系统对计量系统的影响,又避免阿贝误差。其运动系统由三维气浮宏动台和六自由度微动台构成,宏微协同的运动模式在提高测量效率的同时完成高精度触发及测量任务。测头系统方面,采用高精度三维接触式测头或谐振式触发测头完成测量,谐振式触发测头的光纤探针测球直径可达70μm以下。针对测量机存在的主要误差来源,基于坐标转换建立空间误差补偿模型并完成误差分离。依据ISO 10360-2,对CSMN-CMM整机测量性能进行检验,得到其最大允许误差优于±(250 nm+3.6×10^(-6)×L)。实验结果表明,CSMN-CMM具有亚微米三维测量精度,可以实现低至100μm内尺寸的测量,其结构设计及关键技术对高精度三维测量具有重要意义。 展开更多

关键词 微纳米测量机 无阿贝误差 宏微运动系统 精密测量 误差分析

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空间三角形大长度激光测量装置系统参数自标定方法研究

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作者 伏鹏 胡煜 +6 位作者 缪东晶 蒋远林 王珉 铁铮 唐小聪 李连福 李建双 《计量学报》 北大核心 2025年第10期1446-1453,共8页

在空间三角形大长度激光测量系统中,3路激光干涉仪构成的三角形边长是影响测量精度的关键,其准确测量可助系统消除阿贝误差。但实际检测不同仪器,位置变化导致边长测量不准,仍存剩余阿贝误差。为评估空间三角形边长对剩余阿贝误差的影响... 在空间三角形大长度激光测量系统中,3路激光干涉仪构成的三角形边长是影响测量精度的关键,其准确测量可助系统消除阿贝误差。但实际检测不同仪器,位置变化导致边长测量不准,仍存剩余阿贝误差。为评估空间三角形边长对剩余阿贝误差的影响,将边长定义为系统参数。在分析阿贝误差消除原理基础上,考虑系统参数对误差消除的影响,提出基于非线性最小二乘法的系统参数自标定方法。仿真优化显示,该方法能显著提升测量精度。实验验证表明:第4台干涉仪在三角内侧时,3组实验最大误差从2.49、2.60、2.57μm降至0.59、0.75、0.63μm;在外侧时,从4.01、3.46、3.61μm降至1.61、1.38、1.78μm。验证了系统参数自标定方法有效,可实时获取系统参数,提高测量装置精度和检测效率,有效解决剩余阿贝误差的问题。 展开更多

关键词 几何量计量 大长度测量 阿贝误差 参数自标定

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数字图像相关法的量值溯源方法及计量校准装置

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作者 吴禹 袁静 +2 位作者 王丽芳 薛瑞 唐依文 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第8期111-122,共12页

针对当前数字图像相关法存在校准方法缺乏系统性、量值溯源体系不完善的问题,提出一种基于激光干涉测量技术的校准方法,并结合自主设计局部变形测量光路系统实现精准测量。通过有限元数值模拟,系统研究了拉伸荷载下应变板的应力刚化效... 针对当前数字图像相关法存在校准方法缺乏系统性、量值溯源体系不完善的问题,提出一种基于激光干涉测量技术的校准方法,并结合自主设计局部变形测量光路系统实现精准测量。通过有限元数值模拟,系统研究了拉伸荷载下应变板的应力刚化效应。基于理论分析与试验验证,建立了环境温度荷载作用下的应变板热-力耦合变形模型,量化了应变板表面对流换热性能对应变测量结果的影响。通过引入阿贝误差补偿机制,有效抑制了应变板拉伸过程中极微小弯曲变形导致的非线性误差。此外,系统分析了测量过程中各影响量引入的标准不确定度分量及校准装置整体不确定度,并完成了应变校准试验。结果表明,所提出的基于激光干涉原理的数字图像相关法校准装置可将标准应变场的测量不确定度降低至1.9%~0.83%。 展开更多

关键词 数字图像相关法 应变 量值溯源 有限元法 阿贝误差 对流换热

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标准钢卷尺计量比对关键技术研究 被引量：1

4

作者 蒋远林 康瑶 +1 位作者 李连福 李建双 《计量学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期372-378,共7页

标准钢卷尺是线纹计量器具检定系统中的三等线纹标准,用于我国大量钢卷尺等带状工作线纹尺的量值传递。为了保障我国标准钢卷尺的量值一致性,并科学评估我国计量机构标准钢卷尺的测量校准能力(CMC),中国计量科学研究院主导组织了首次全... 标准钢卷尺是线纹计量器具检定系统中的三等线纹标准,用于我国大量钢卷尺等带状工作线纹尺的量值传递。为了保障我国标准钢卷尺的量值一致性,并科学评估我国计量机构标准钢卷尺的测量校准能力(CMC),中国计量科学研究院主导组织了首次全国标准钢卷尺计量比对(项目编号2019-B-05)。介绍了比对的基本情况、方案及比对结果,分析了比对结果及参比装置,研究了标准钢卷尺校准中关键技术问题及主要误差来源,提出了解决问题的方法,以推动标准钢卷尺量值校准能力的提升。 展开更多

关键词 几何量计量 标准钢卷尺 计量比对 测量校准能力 阿贝误差 尺带性能

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基于阿贝原则的机床主轴误差测量研究 被引量：2

5

作者 杨锐 刘宏伟 王新科 《工具技术》 北大核心 2024年第6期150-152,共3页

机床测量是误差补偿的前提,分析主轴箱移动时产生的阿贝误差原因,给出主轴箱沿Z轴移动时X方向和Y方向的直线度误差,根据主轴箱直线度误差数据进行建模并给予补偿,结合具体的工程实例验证了阿贝误差补偿的有效性。

关键词 阿贝误差 机床测量 误差补偿 主轴

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阿贝原则再认识 被引量：35

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作者 石照耀 张斌 费业泰 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1128-1133,共6页

为探究阿贝原则在现代超精密制造和测量中的适应性,回顾了古典阿贝原则及其扩展,剖析了要素布局产生的一次误差,研究了二维长度测量中的阿贝原则。通过分析测量系统的标准量、被测量、瞄准点、读数点、导向面5个要素的不同布局产生的误... 为探究阿贝原则在现代超精密制造和测量中的适应性,回顾了古典阿贝原则及其扩展,剖析了要素布局产生的一次误差,研究了二维长度测量中的阿贝原则。通过分析测量系统的标准量、被测量、瞄准点、读数点、导向面5个要素的不同布局产生的误差,发现当标准量和被测量按经典阿贝原则要求处于同一条直线上,而其余要素不在这条直线上时,也会产生一次误差。提出了瞄准共线、读数共线、导向共线以及阿贝臂误差、瞄准臂误差、读数臂误差、导向臂误差和阿贝综合误差等概念。揭示了阿贝原则的隐含条件,重新表述了阿贝原则。讨论了上下堆叠式和共平面式二维结构的阿贝原则适应性,提出了一种提升工具显微镜精度的简明方案,介绍了一种减小阿贝误差的共平面二维精密工作台。对阿贝原则的再认识,可更新设计理念,用于研制超精密仪器和机械,也可用于经典量仪的精度再提升。 展开更多

关键词 阿贝原则 一次误差 阿贝误差 二维阿贝原则

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大长度激光测量中阿贝误差消除方法的研究 被引量：25

7

作者 缪东晶 李建双 +5 位作者 李连福 赫明钊 邓向瑞 蒋远林 康瑶 张京燕 《计量学报》 CSCD 北大核心 2015年第6期570-574,共5页

提出一种基于3路独立激光干涉仪消除大长度激光测量中的阿贝误差的方法，3路干涉仪的安装位置可布置成任意三角形。通过3路干涉仪的测量结果及被测仪器与3路干涉仪安装位置的几何关系，构造一路与被测仪器同光路的虚拟干涉仪，推导虚拟... 提出一种基于3路独立激光干涉仪消除大长度激光测量中的阿贝误差的方法，3路干涉仪的安装位置可布置成任意三角形。通过3路干涉仪的测量结果及被测仪器与3路干涉仪安装位置的几何关系，构造一路与被测仪器同光路的虚拟干涉仪，推导虚拟干涉仪的测长公式。该算法对于涉仪的安装位置无特殊要求，在实践中易于实现。为验证算法的有效性，依托于室内80in大长度标准装置，通过改变被测仪器安装位置，在45m范围内进行了3组不同的验证实验。实验结果显示消除阿贝误差后，残余的其它误差的最大值仅为1．10μm，该算法可有效地消除阿贝误差。 展开更多

关键词 计量学 大长度 阿贝误差 激光干涉仪

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超精密运动台激光测量模型及误差补偿算法 被引量：17

8

作者 滕伟 周云飞 +1 位作者 穆海华 杨亮亮 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1492-1497,共6页

分析激光测量中阿贝误差与余弦误差产生的原因,分两种情况讨论阿贝误差与余弦误差对测量光程的影响:一是忽略激光干涉仪加工误差与安装误差的理想模型;二是考虑干涉仪加工误差与安装误差的非理想模型。计算两种情况下测量光束的光程长度... 分析激光测量中阿贝误差与余弦误差产生的原因,分两种情况讨论阿贝误差与余弦误差对测量光程的影响:一是忽略激光干涉仪加工误差与安装误差的理想模型;二是考虑干涉仪加工误差与安装误差的非理想模型。计算两种情况下测量光束的光程长度,建立x、y方向直线测量位置不受运动台倾斜或旋转影响的测量模型,进而推导出运动台五自由度激光测量算法。实例证明该算法能有效地进行阿贝误差与余弦误差补偿,满足超精密运动的要求。该算法已成功应用于半导体加工设备中。 展开更多

关键词 激光测量 阿贝误差 余弦误差 误差补偿

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激光测量几何误差补偿算法 被引量：11

9

作者 温新 周云飞 +1 位作者 穆海华 滕伟 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第9期46-48,共3页

激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激... 激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激光测量模型为基础,介绍了阿贝与余弦误差产生原因。在不考虑激光干涉仪的加工和安装误差的情况下,推导了运动台存在倾斜角度下的阿贝与余弦误差计算模型,在此基础上给出了激光测量数据误差补偿模型,以实现测量数据的实时补偿与修正。算法已经成功应用在实例中,表明该算法的有效性与可靠性。 展开更多

关键词 激光测量 阿贝误差 余弦误差 误差补偿

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纳米三坐标测量机不确定度分析与精度设计 被引量：10

10

作者 杨洪涛 费业泰 陈晓怀 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期82-86,共5页

利用现代精度设计理念设计纳米三坐标测量机的结构,选用高精度的零部件进行组装,解决了传统阿贝误差问题,通过研究现代精度保障理论和技术,进行纳米级水平的误差源全面分析,推导各个不确定度分量的计算公式,根据给定的精度指标设计合理... 利用现代精度设计理念设计纳米三坐标测量机的结构,选用高精度的零部件进行组装,解决了传统阿贝误差问题,通过研究现代精度保障理论和技术,进行纳米级水平的误差源全面分析,推导各个不确定度分量的计算公式,根据给定的精度指标设计合理的精度,提出所需检定仪器的具体技术指标,精度设计的结果满足了纳米三坐标测量机的测量精度要求. 展开更多

关键词 纳米三坐标测量机 阿贝误差全误差源分析 不确定度 精度设计

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数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模 被引量：17

11

作者 吴天凤 李莉 杨洪涛 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期329-337,共9页

为了提高数控机床的加工精度,建立误差补偿模型。对温度影响下的数控机床XY工作台导轨系统各误差分量之间的误差相关性进行研究。首先,分析了XY工作台单向运动时各平动误差和角度误差的相关性和X向导轨系统二维阿贝误差的变化规律。然后... 为了提高数控机床的加工精度,建立误差补偿模型。对温度影响下的数控机床XY工作台导轨系统各误差分量之间的误差相关性进行研究。首先,分析了XY工作台单向运动时各平动误差和角度误差的相关性和X向导轨系统二维阿贝误差的变化规律。然后,建立了Y轴导轨系统和X轴导轨系统误差相关性的阿贝误差计算模型。最后,分别进行了X轴导轨和Y轴导轨角度误差的相关性验证和导轨系统定位误差补偿效果对比实验。实验结果表明:利用工作台二维阿贝误差补偿后的定位误差2整体误差呈减小趋势,且比用传统方法补偿后的定位误差1最大相差3µm左右,占补偿后的工作台总误差的三分之一。本文所建立的导轨系统二维阿贝误差模型更符合数控机床XY工作台误差的实际变化规律,利用该模型导轨进行的工作台联动定位误差补偿效果比传统补偿方法的修正效果更好,为实时补偿数控机床误差,提高机床加工精度和在机测量系统的测量精度打下理论基础。 展开更多

关键词 数控机床 堆栈式工作台 二维阿贝误差 相关性 误差建模

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线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置 被引量：9

12

作者 金涛 刘景林 +2 位作者 杨卫 乐燕芬 侯文玫 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1570-1577,共8页

直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是... 直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是测量信号的回光元件。双频激光信号进入直线度干涉仪后组成几何空间对称四光路测量信号。四路测量光走过几乎完全相同的路径有效地提高了干涉仪的稳定性,并且使空程误差最小化。使用楔角为1°的楔角棱镜和2π/512细分的相位计,直线度测量分辨力为17.71nm。该方法不需要与行程同长的大反射参考镜,但同样能实现高分辨率,理论和实验证明空间对称测量结构避免了由俯仰,偏转和滚转角引起的阿贝误差的串扰,而且光学元件少,结构简单,方便易用,结果可以直接溯源到米的定义。 展开更多

关键词 测试计量技术及仪器 直线度测量 外差激光干涉 阿贝误差

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基于阿贝误差补偿光路的水准标尺检定装置及不确定度分析 被引量：7

13

作者 李文一 程增杰 《中国测试》 CAS 北大核心 2015年第10期34-38,共5页

现行有效的JJG 8——1991《水准标尺》要求以激光波长作为长度基准,使用激光干涉检定器对因瓦水准标尺进行检定。检定3 m长的水准标尺,若照准部不动而标尺移动,需要6 m长的导轨。为缩短导轨长度,降低加工难度,采用标尺固定而照准部移动... 现行有效的JJG 8——1991《水准标尺》要求以激光波长作为长度基准,使用激光干涉检定器对因瓦水准标尺进行检定。检定3 m长的水准标尺,若照准部不动而标尺移动,需要6 m长的导轨。为缩短导轨长度,降低加工难度,采用标尺固定而照准部移动的检定装置,可有效地将导轨长度由6 m缩短至3 m。由于不满足阿贝原则,检定装置设计基于阿贝误差补偿光路的结构,实现对阿贝误差的消减。该装置补偿性能的实测结果表明:利用光学补偿的方法极大地消减阿贝误差。"米间隔长度平均值"不确定度的评定结果表明:该装置可以满足水准标尺检定规程中对检定装置的相关要求。该补偿光路也可用于其他长度测量系统。 展开更多

关键词 双频激光干涉仪 因瓦水准标尺 阿贝误差 补偿光路 不确定度

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计量型原子力测头用于纳米台阶高度样板的测量 被引量：6

14

作者 卢明臻 高思田 +1 位作者 杜华 崔建军 《计量学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第3期193-197,共5页

为"大范围纳米结构测量系统"研制的计量型原子力测头,采用光束偏转法检测探针悬臂偏转。原子力测头的布置在X、Y方向无阿贝误差。在50 mm×50 mm×2 mm的测量全程内,测头与样品的相对位移可以由激光干涉仪直接读数,... 为"大范围纳米结构测量系统"研制的计量型原子力测头,采用光束偏转法检测探针悬臂偏转。原子力测头的布置在X、Y方向无阿贝误差。在50 mm×50 mm×2 mm的测量全程内,测头与样品的相对位移可以由激光干涉仪直接读数,因此可溯源到米定义国家基准。激光波长由Elden公式计算修正。使用德国物理技术研究院(PTB)提供的台阶高度样板一套,所得测量结果与PTB测量结果进行比对,结论为:测量系统的测量重复性不大于0.82 nm;比对系数En≤1,验证了测量结果是准确的,测量不确定度评定是合理、可信的。 展开更多

关键词 计量学 原子力显微镜 台阶高度样板 阿贝误差 激光干涉仪 溯源

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新型Nano-CMM二维定位平台研究 被引量：5

15

作者 奚琳 余晓芬 范伟 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2006年第12期1605-1608,共4页

介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计:平台设计了无爬行的磁浮-滑动复合导轨;引入了“共平面“的导向模式,实现近零阿贝误差;并对二维定位平台力平衡和系统热效应作了优化设计。计算和实验结果表明,平台能有效解决低... 介绍了一种新型纳米三坐标测量机二维定位平台的结构设计:平台设计了无爬行的磁浮-滑动复合导轨;引入了“共平面“的导向模式,实现近零阿贝误差;并对二维定位平台力平衡和系统热效应作了优化设计。计算和实验结果表明,平台能有效解决低速驱动时的爬行问题,实现微小步距进给,满足微纳米级定位平台的要求。 展开更多

关键词 纳米二维定位平台 磁浮式 共平面 阿贝误差 力平衡

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消除阿贝误差的一种新方法 被引量：2

16

作者 周艳红 宾鸿赞 陈卓宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1994年第1期78-82,共5页

本文以丝杠导程的激光测量为例，提出了一种简便的消除阿贝误差的光学方法，确定了光学系统的有关结构参数，证明了该方法的有效性。该方法简单而易于实现，可应用于多种光学测长系统以有效地消除阿贝误差的影响，提高测量系统的精度。

关键词 光学测长 阿贝误差 误差补偿 激光

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航天运载器贮箱低温液位校准装置的误差分析与精度设计 被引量：4

17

作者 刘月瑶 郭立杰 +2 位作者 杨洋 胡佳成 李东升 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2014年第6期74-77,共4页

设计了一种适用于航天运载器贮箱的电容式低温液位传感器的校准装置,该校准装置通过在地面模拟航天运载器升空过程中低温推进剂液位的变化来实现校准功能。根据现代仪器精度与误差理论,对该校准装置的各项误差源进行分析,得到各误差分... 设计了一种适用于航天运载器贮箱的电容式低温液位传感器的校准装置,该校准装置通过在地面模拟航天运载器升空过程中低温推进剂液位的变化来实现校准功能。根据现代仪器精度与误差理论,对该校准装置的各项误差源进行分析,得到各误差分量的计算公式,并按给定精度指标进行误差分配。计算结果表明,所设计的低温液位校准装置的最大允许误差为0.3‰,满足测量精度要求。 展开更多

关键词 液位校准 阿贝误差 误差分配 垂直度误差

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用双频激光干涉仪实时修正阿贝误差的方法和实验 被引量：3

18

作者 谢广平 成相印 +1 位作者 王泽民 殷纯永 《制造技术与机床》 CSCD 1994年第10期8-10,共3页

讨论了对机床及某些测量仪器的阿贝误差进行实时修正的方法、原理和组成，同时介绍了验证该方法的实验装置及实测结果，在２．５ｍ的行程内，将最大１９．４μｍ的阿贝误差修正到１．３μｍ。

关键词 实时修正 几何误差 违阿贝结构

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纳米测量机工作台导轨高精度误差分离原理 被引量：1

19

作者 杨洪涛 费业泰 陈晓怀 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期2066-2069,共4页

为了高精度分离与修正纳米测量机工作台直线度运动和角运动误差引起的阿贝误差,介绍了一种利用速度瞬时中心进行分离的方法,推导了工作台在任意时刻的速度瞬时中心坐标计算公式,根据该公式计算出由于直线度引起的工作台上任意测量点的... 为了高精度分离与修正纳米测量机工作台直线度运动和角运动误差引起的阿贝误差,介绍了一种利用速度瞬时中心进行分离的方法,推导了工作台在任意时刻的速度瞬时中心坐标计算公式,根据该公式计算出由于直线度引起的工作台上任意测量点的坐标测量误差.从原理上设计了直线度误差分离与修正的实验方案,解决了传统阿贝误差分离与修正方法中以旋转中心为工作台中心点、阿贝臂长度计算不准确的问题. 展开更多

关键词 纳米二维工作台 速度瞬时中心 直线度误差 阿贝误差 坐标测量误差

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一维加工设备阿贝误差实时修正方法的研究 被引量：1

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作者 谢广平 殷纯永 《中国机械工程》 CAS CSCD 北大核心 1996年第3期50-52,共3页

介绍对精密车床、螺纹磨床等一维加工设备的阿贝误差进行实时修正方法的原理与组成，给出验证该方法的实验装置及实验结果，在３．７Ｍ的行程内将最大２５．２ΜＭ的阿贝误差修正到了－０．７ΜＭ．

关键词 一维加工设备 实时修正 阿贝误差

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