現(xian)代精密測量技術(shu)是一門(men)集(ji)光學(xue)、電子(zi)、傳感器(qi)、圖像、制造(zao)及計(ji)算(suan)機(ji)技術(shu)為一體(ti)的綜(zong)合性交叉學(xue)科(ke)，涉及廣泛(fan)的學(xue)科(ke)領域，它的發(fa)展(zhan)(zhan)需(xu)要眾多相關學(xue)科(ke)的支持(chi)。在現(xian)代工業制造(zao)技術(shu)和(he)科(ke)學(xue)研究中，測量儀器(qi)具有(you)精密化、集(ji)成化、智能化的發(fa)展(zhan)(zhan)趨(qu)勢。三坐(zuo)標測量機(ji)（CMM）是適應上述發(fa)展(zhan)(zhan)趨(qu)勢的典型代表，它幾乎(hu)可以對生產中的所(suo)有(you)三維復

現(xian)代精密測量(liang)技(ji)術(shu)一(yi)(yi)門集光學(xue)、電子、傳感器、圖像、制造及(ji)計(ji)算機(ji)(ji)技(ji)術(shu)為一(yi)(yi)體(ti)的(de)(de)綜(zong)合性交叉學(xue)科，涉(she)及(ji)廣泛(fan)的(de)(de)學(xue)科領域(yu)，它(ta)的(de)(de)發(fa)展需要眾多相(xiang)關學(xue)科的(de)(de)支持。在現(xian)代工業制造技(ji)術(shu)和科學(xue)研究(jiu)中，測量(liang)儀(yi)器具有(you)精密化、集成化、智能(neng)化的(de)(de)發(fa)展趨(qu)勢(shi)。三坐標(biao)測量(liang)機(ji)(ji)（CMM）是適應(ying)上(shang)述發(fa)展趨(qu)勢(shi)的(de)(de)典型(xing)代表，它(ta)幾乎可以對生產中的(de)(de)所有(you)三維(wei)復雜零件尺寸(cun)、形狀和相(xiang)互位置進(jin)行高準確度測量(liang)。發(fa)展高速坐標(biao)測量(liang)機(ji)(ji)是現(xian)代工業生產的(de)(de)要求。同(tong)時，作為下世紀的(de)(de)重點發(fa)展目標(biao)，各在微/納米測量(liang)技(ji)術(shu)領域(yu)開展了廣泛(fan)的(de)(de)應(ying)用研究(jiu)。

1 坐標測量(liang)機的發展

三坐標測(ce)量(liang)機(ji)(ji)作(zuo)為(wei)幾何尺(chi)寸數(shu)字化(hua)檢測(ce)設備在(zai)機(ji)(ji)械(xie)制(zhi)造(zao)領域(yu)得(de)到推廣(guang)使(shi)用，而科(ke)學研究和機(ji)(ji)械(xie)制(zhi)造(zao)行(xing)業的技術(shu)進步又對CMM提出(chu)更多新(xin)的要(yao)求，作(zuo)為(wei)測(ce)量(liang)機(ji)(ji)的制(zhi)造(zao)者就需(xu)要(yao)不斷將新(xin)技術(shu)應用于自己的產品以(yi)滿足生產實(shi)際的需(xu)要(yao)。

1.1 誤差自補(bu)償技術

德(de)國(guo)Carl Zeiss公司zui近開(kai)發(fa)的CNC小型坐標(biao)測(ce)量(liang)機(ji)采(cai)用熱不靈敏(min)陶瓷(ci)技術(shu)（Thermally insensitive ceramic technology），使坐標(biao)測(ce)量(liang)機(ji)的測(ce)量(liang)精度在17.8～25.6℃范圍不受溫度變化(hua)的影響。國(guo)內自行(xing)開(kai)發(fa)的數(shu)控測(ce)量(liang)機(ji)軟(ruan)件系統(tong)PMIS包括(kuo)多項系統(tong)誤差補(bu)償(chang)、系統(tong)數(shu)識別和(he)優(you)化(hua)技術(shu)。

1.2 豐(feng)富的軟件技術

Carl Zeiss公(gong)司開發(fa)的坐標(biao)測(ce)量(liang)機軟件(jian)STRATA-UX，其測(ce)量(liang)數據(ju)(ju)可以從CMM直(zhi)接傳送(song)到隨機配備(bei)的統(tong)計(ji)軟件(jian)中去(qu)，對(dui)測(ce)量(liang)系(xi)統(tong)給出(chu)(chu)的檢驗數據(ju)(ju)進行(xing)實(shi)時分析與管理，根據(ju)(ju)要(yao)求對(dui)其進行(xing)評估。依據(ju)(ju)此(ci)數據(ju)(ju)庫，可自(zi)動生成(cheng)各種統(tong)計(ji)報表，包(bao)括X-BAR&R及(ji)X_BAR&S圖(tu)表、頻率直(zhi)方圖(tu)、運行(xing)圖(tu)、目(mu)標(biao)圖(tu)等。美國Brown & Sharp公(gong)司的Chameleon CMM測(ce)量(liang)系(xi)統(tong)所配支(zhi)持(chi)軟件(jian)可提供包(bao)括齒(chi)輪(lun)(lun)(lun)、板(ban)材(cai)、凸輪(lun)(lun)(lun)及(ji)凸輪(lun)(lun)(lun)軸共計(ji)50多個測(ce)量(liang)模塊(kuai)。日本Mitutoyo公(gong)司研制開發(fa)了一種圖(tu)形顯(xian)示及(ji)繪(hui)圖(tu)程序，用于輔助(zhu)操作(zuo)者進行(xing)實(shi)際值(zhi)(zhi)與要(yao)求測(ce)量(liang)值(zhi)(zhi)之間的比較，具有多種輸出(chu)(chu)方式。

1.3 系統集成應(ying)用技術

各坐標測量機制造(zao)商獨立開發的(de)不同(tong)軟(ruan)件系統往往互不相容(rong)，也因知識產(chan)權的(de)問題(ti)，些工(gong)程(cheng)軟(ruan)件是(shi)封閉(bi)的(de)。系統集成(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)主要解決不同(tong)軟(ruan)件包之間的(de)通信協(xie)議和軟(ruan)件翻(fan)譯(yi)接口問題(ti)。利用系統集成(cheng)(cheng)技(ji)術(shu)可以(yi)把(ba)CAD、CAM及CAT以(yi)在線工(gong)作方式(shi)集成(cheng)(cheng)在一(yi)起，形成(cheng)(cheng)數學實物仿形制造(zao)系統，大(da)大(da)縮(suo)短了(le)模具制造(zao)及產(chan)品仿制生產(chan)周(zhou)期。

1.4 非接觸測量

基(ji)于(yu)三(san)角測量(liang)(liang)(liang)原(yuan)理(li)的(de)(de)(de)(de)非接(jie)觸(chu)(chu)激光光學(xue)探(tan)頭應用于(yu)CMM上代替接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)探(tan)頭。通過探(tan)頭的(de)(de)(de)(de)掃描可以準確(que)獲得(de)表面粗糙度(du)信(xin)息，進行表面輪廓的(de)(de)(de)(de)三(san)維立體(ti)測量(liang)(liang)(liang)及用于(yu)模(mo)具特征線的(de)(de)(de)(de)識別(bie)。該(gai)方法克(ke)服了接(jie)觸(chu)(chu)測量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)局限性。將激光雙(shuang)三(san)角測量(liang)(liang)(liang)法應用于(yu)1700mm×1200mm×200mm測量(liang)(liang)(liang)范圍內，對復雜(za)曲面輪廓進行測量(liang)(liang)(liang)，其精(jing)度(du)可高于(yu)1μm。英國IMS公司生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)IMP型(xing)坐標測量(liang)(liang)(liang)機可以配用其他廠商提供的(de)(de)(de)(de)接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)或非接(jie)觸(chu)(chu)式(shi)探(tan)頭。

2 微/納(na)米(mi)級精密測量技術

科學技(ji)術向微(wei)小(xiao)領域發展，由毫(hao)米(mi)(mi)級(ji)、微(wei)米(mi)(mi)級(ji)繼而涉足到(dao)(dao)納米(mi)(mi)級(ji)，即(ji)微(wei)/納米(mi)(mi)技(ji)術。微(wei)/納米(mi)(mi)技(ji)術研究和探(tan)測物質結(jie)構的功能(neng)尺(chi)寸與分(fen)辨能(neng)力達到(dao)(dao)微(wei)米(mi)(mi)至(zhi)納米(mi)(mi)級(ji)尺(chi)度，使(shi)類在改造(zao)自然方面深入到(dao)(dao)原子、分(fen)子級(ji)的納米(mi)(mi)層次。

納米級(ji)加工技術可分為加工精(jing)度(du)和加工尺(chi)度(du)兩方面。加工精(jing)度(du)由本世紀初(chu)的(de)zui高精(jing)度(du)微米級(ji)發(fa)展到現有的(de)幾個納米數量級(ji)。金剛石車床加工的(de)超精(jing)密衍射光柵精(jing)度(du)已達1nm，實驗室已經(jing)可以(yi)制作10nm以(yi)下的(de)線、柱、槽。

微(wei)/納(na)米技(ji)術(shu)的(de)(de)發展，離不開微(wei)米級和(he)納(na)米級的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)量技(ji)術(shu)與設備。具(ju)有微(wei)米及(ji)亞微(wei)米測(ce)(ce)(ce)量精度的(de)(de)幾(ji)何量與表面形貌測(ce)(ce)(ce)量技(ji)術(shu)已經(jing)比較成熟，如HP5528雙頻激光(guang)干(gan)涉測(ce)(ce)(ce)量系(xi)(xi)統（精度10nm）、具(ju)有1nm精度的(de)(de)光(guang)學觸針式輪廓掃描系(xi)(xi)統等。因為(wei)掃描隧道顯微(wei)鏡(jing)（STM,Scanning Tunning Microscope）、掃描探針顯微(wei)鏡(jing)（SPM，Scanning Probe Microscope）和(he)原子力顯微(wei)鏡(jing)（AFM，Atomic Force Microscope）用來直(zhi)接觀(guan)測(ce)(ce)(ce)原子尺度結構(gou)的(de)(de)實現，使得進行原子級的(de)(de)操(cao)作、裝配和(he)改形等加(jia)工處理成為(wei)近(jin)幾(ji)年(nian)來的(de)(de)前沿技(ji)術(shu)。

2.1 掃描探針顯(xian)微鏡(jing)

1981年美國IBM公(gong)司研制成功(gong)的(de)(de)掃(sao)描(miao)(miao)隧(sui)道顯微鏡(jing)（STM），把人們帶到(dao)(dao)了(le)微觀世界(jie)(jie)。STM具(ju)有(you)(you)(you)*的(de)(de)空(kong)間分(fen)辨(bian)率（平行和(he)(he)(he)垂直于(yu)表面(mian)(mian)的(de)(de)分(fen)辨(bian)率分(fen)別達(da)到(dao)(dao)0.1nm和(he)(he)(he)0.01nm，即可以分(fen)辨(bian)出(chu)單(dan)個(ge)原子），廣泛應(ying)用于(yu)表面(mian)(mian)科學、材料科學和(he)(he)(he)生命科學等(deng)研究領域，在(zai)一定程度上推動(dong)了(le)納(na)米(mi)技術的(de)(de)產生和(he)(he)(he)發展。與此同時，基于(yu)STM相似(si)的(de)(de)原理與結(jie)構(gou)，相繼產生了(le)一系列利用探(tan)針與樣(yang)品的(de)(de)不同相互作用來探(tan)測表面(mian)(mian)或界(jie)(jie)面(mian)(mian)納(na)米(mi)尺(chi)度上表現出(chu)來的(de)(de)性質的(de)(de)掃(sao)描(miao)(miao)探(tan)針顯微鏡(jing)（SPM），用來獲取通過STM無(wu)法獲取的(de)(de)有(you)(you)(you)關表面(mian)(mian)結(jie)構(gou)和(he)(he)(he)性質的(de)(de)各種信(xin)息，成為(wei)人類認識微觀世界(jie)(jie)的(de)(de)有(you)(you)(you)力工具(ju)。下面(mian)(mian)為(wei)幾種具(ju)有(you)(you)(you)代表性的(de)(de)掃(sao)描(miao)(miao)探(tan)針顯微鏡(jing)。

（1）原子力顯微(wei)鏡（AFM）

為了(le)彌補STM只限于觀測(ce)導(dao)體(ti)和半導(dao)體(ti)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)結(jie)構的(de)缺陷，Binnig等人發明了(le)AFM，AFM利用(yong)微(wei)(wei)(wei)(wei)探針(zhen)在(zai)樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)劃過時帶動高敏感(gan)性的(de)微(wei)(wei)(wei)(wei)懸(xuan)臂(bei)梁(liang)隨表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)起伏而(er)上下(xia)運動，通過光學方(fang)法或隧道電流檢(jian)測(ce)出微(wei)(wei)(wei)(wei)懸(xuan)臂(bei)梁(liang)的(de)位移，實現探針(zhen)原子(zi)與(yu)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)原子(zi)間排斥力(li)(li)檢(jian)測(ce)，從(cong)而(er)得到(dao)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)形貌信息。就應用(yong)而(er)言(yan)，STM主(zhu)要用(yong)于自(zi)然科學研究(jiu)，而(er)相(xiang)當數(shu)量(liang)(liang)(liang)的(de)AFM已(yi)經用(yong)于工(gong)業技術領域。1988年*化學所研制(zhi)成功(gong)*臺具有原子(zi)分辨率的(de)AFM。安裝有微(wei)(wei)(wei)(wei)型光纖傳導(dao)激光干涉三維(wei)測(ce)量(liang)(liang)(liang)系統，可(ke)自(zi)校準和進(jin)行測(ce)量(liang)(liang)(liang)的(de)計量(liang)(liang)(liang)型原子(zi)力(li)(li)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)(wei)鏡(jing)可(ke)使目前納米(mi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)技術定(ding)量(liang)(liang)(liang)化。利用(yong)類(lei)似AFM的(de)工(gong)作原理(li)，檢(jian)測(ce)被測(ce)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)特性對受迫振動力(li)(li)敏元件(jian)產生(sheng)的(de)影響，在(zai)探針(zhen)與(yu)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)10～100nm距離范(fan)圍，可(ke)以探測(ce)到(dao)樣(yang)品(pin)(pin)表(biao)(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)存(cun)在(zai)的(de)靜(jing)電力(li)(li)、磁力(li)(li)、范(fan)德華力(li)(li)等作用(yong)力(li)(li)，相(xiang)繼開發磁力(li)(li)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)(wei)鏡(jing)（MFM，Magnetic Force Microscope）、靜(jing)電力(li)(li)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)(wei)鏡(jing)（EFM，Electrostatic Force Microscope）、摩擦(ca)力(li)(li)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)(wei)鏡(jing)（LFM，Lateral Force Microscope）等，統稱(cheng)為掃(sao)描力(li)(li)顯(xian)(xian)(xian)微(wei)(wei)(wei)(wei)鏡(jing)（SFM，Scanning Force Microscope）。

（2）光子(zi)掃描隧(sui)道顯微鏡（PSTM，Photon Scanning Tunning Microscope）

PSTM的(de)原理和工(gong)作方式與STM相似，后者(zhe)利(li)用(yong)電(dian)子隧(sui)道效應，而前者(zhe)利(li)用(yong)光(guang)子隧(sui)道效應探(tan)測樣品表面附近被全內(nei)反射所激起的(de)瞬(shun)衰場，其強度(du)隨距界面的(de)距離成函數(shu)關系，獲得表面結構信息(xi)。

（3）其他顯微鏡

如掃(sao)(sao)描(miao)隧道(dao)電(dian)位(wei)儀（STP，Scanning Tunning Potentiometry）可(ke)用來探(tan)測納米(mi)尺度的(de)電(dian)位(wei)變(bian)化;掃(sao)(sao)描(miao)離子(zi)電(dian)導顯微鏡(jing)（SICM，Scanning Ion_Conductation Microscope）適用于進行生(sheng)物(wu)學和(he)電(dian)生(sheng)理學研究;掃(sao)(sao)描(miao)熱顯微鏡(jing)（Scanning Thermal Microscope）已(yi)經獲得了(le)血紅細胞的(de)表面結構(gou)(gou);彈道(dao)電(dian)子(zi)發射顯微鏡(jing)（BEEM，Ballistic Electron Emission Miroscope）則是(shi)目前*能(neng)夠在納米(mi)尺度上無損檢測表面和(he)界(jie)面結構(gou)(gou)的(de)先進分析儀器，國(guo)內也已(yi)研制成功。

2.2 納米測量的掃描X射線干涉技術

以(yi)SPM為(wei)(wei)基礎的(de)(de)(de)觀(guan)測(ce)(ce)技術只能(neng)給(gei)(gei)出納(na)米(mi)(mi)級分辨(bian)率(lv)，卻(que)不能(neng)給(gei)(gei)出表(biao)面(mian)結構(gou)準確的(de)(de)(de)納(na)米(mi)(mi)尺寸(cun)，這是(shi)因(yin)為(wei)(wei)到(dao)目前為(wei)(wei)止缺少一(yi)(yi)種簡便(bian)的(de)(de)(de)納(na)米(mi)(mi)精度(du)（0.10～0.01nm）尺寸(cun)測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)(de)定標手段(duan)。美(mei)國(guo)NIST和德國(guo)PTB分別測(ce)(ce)得硅（220）晶(jing)體的(de)(de)(de)晶(jing)面(mian)間(jian)距(ju)為(wei)(wei)192015.560±0.012fm和192015.902±0.019fm。日本NRLM在恒溫(wen)下對220晶(jing)間(jian)距(ju)進行穩定性測(ce)(ce)試(shi)，發現其18天的(de)(de)(de)變化不超(chao)過0.1fm。實(shi)驗充分說明單(dan)晶(jing)硅的(de)(de)(de)晶(jing)面(mian)間(jian)距(ju)具有較好的(de)(de)(de)穩定性。掃描X射(she)線(xian)干涉測(ce)(ce)量(liang)技術是(shi)微/納(na)米(mi)(mi)測(ce)(ce)量(liang)中的(de)(de)(de)一(yi)(yi)項新技術，它(ta)正是(shi)利(li)用(yong)單(dan)晶(jing)硅的(de)(de)(de)晶(jing)面(mian)間(jian)距(ju)作為(wei)(wei)亞(ya)納(na)米(mi)(mi)精度(du)的(de)(de)(de)基本測(ce)(ce)量(liang)單(dan)位(wei)，加(jia)上X射(she)線(xian)波(bo)比可見光波(bo)波(bo)長(chang)小兩個數量(liang)級，有可能(neng)實(shi)現0.01nm的(de)(de)(de)分辨(bian)率(lv)。該方法較其他方法對環境要求低，測(ce)(ce)量(liang)穩定性好，結構(gou)簡單(dan)，是(shi)一(yi)(yi)種很有潛力的(de)(de)(de)方便(bian)的(de)(de)(de)納(na)米(mi)(mi)測(ce)(ce)量(liang)技術。自(zi)(zi)從1983年D.G.Chetwynd將(jiang)其應(ying)用(yong)于微位(wei)移(yi)測(ce)(ce)量(liang)以(yi)來，英、日、意大利(li)相繼(ji)將(jiang)其應(ying)用(yong)于納(na)米(mi)(mi)級位(wei)移(yi)傳感器(qi)的(de)(de)(de)校正。國(guo)內清華(hua)大學測(ce)(ce)試(shi)技術與(yu)儀(yi)器(qi)國(guo)家重(zhong)點實(shi)驗室在1997年5月利(li)用(yong)自(zi)(zi)己(ji)研制的(de)(de)(de)X射(she)線(xian)干涉器(qi)件在國(guo)內清楚地觀(guan)察到(dao)X射(she)線(xian)干涉條(tiao)紋。

軟(ruan)X射(she)線(xian)顯微(wei)鏡(jing)、掃描光(guang)聲顯微(wei)鏡(jing)等用以檢測(ce)微(wei)結(jie)構表(biao)面(mian)(mian)(mian)形貌及內部結(jie)構的微(wei)缺陷。邁克爾遜型差(cha)拍干涉(she)儀(yi)(yi)，適于超精細加工表(biao)面(mian)(mian)(mian)輪廓的測(ce)量，如拋光(guang)表(biao)面(mian)(mian)(mian)、精研表(biao)面(mian)(mian)(mian)等，測(ce)量表(biao)面(mian)(mian)(mian)輪廓高度變化(hua)zui小(xiao)可(ke)達0.5nm，橫向(xiang)（X，Y向(xiang)）測(ce)量精度可(ke)達0.3～1.0μm。渥(wo)拉斯(si)頓型差(cha)拍雙頻激光(guang)干涉(she)儀(yi)(yi)在微(wei)觀表(biao)面(mian)(mian)(mian)形貌測(ce)量中，其分辨率可(ke)達0.1nm數(shu)量級。

2.3 光學(xue)干涉顯微(wei)鏡(jing)測量(liang)技術

光學干(gan)涉顯微鏡測(ce)量技(ji)(ji)術(shu)，包括(kuo)外差干(gan)涉測(ce)量技(ji)(ji)術(shu)、超短(duan)波長干(gan)涉測(ce)量技(ji)(ji)術(shu)、基于F-P（Febry-Perot）標準的(de)測(ce)量技(ji)(ji)術(shu)等，隨著新技(ji)(ji)術(shu)、新方法的(de)利用(yong)亦具(ju)有納米級測(ce)量精(jing)度。

外差(cha)(cha)干(gan)涉測量(liang)技術具有高的(de)位相分辨率和空間分辨率，如光外差(cha)(cha)干(gan)涉輪廓儀具有0.1nm的(de)分辨率;基于(yu)頻率跟蹤(zong)的(de)F-P標準具測量(liang)技術具有*的(de)靈敏(min)度(du)和準確度(du)，其精度(du)可達(da)0.001nm，但(dan)其測量(liang)范圍(wei)受激光器的(de)調頻范圍(wei)的(de)限制(zhi)，僅有0.1μm。而掃描電(dian)子(zi)(zi)顯微鏡（SEM，Scanning Electric Microscope）可使幾十個原子(zi)(zi)大小的(de)物體(ti)成像。

美國(guo)ZYGO公司(si)開發的(de)位(wei)(wei)移測(ce)量(liang)干(gan)涉儀系(xi)統，位(wei)(wei)移分辨率高于0.6nm，可在1.1m/s的(de)高速下(xia)測(ce)量(liang)，適于納米技術在半(ban)導體生產、數據存儲硬盤和精(jing)密(mi)機械中的(de)應用。

目(mu)前，在微(wei)(wei)/納(na)米機(ji)械中，精密測(ce)量(liang)技(ji)(ji)術(shu)一個(ge)重要(yao)研究(jiu)對(dui)象是(shi)微(wei)(wei)結構的(de)(de)機(ji)械性(xing)能與力學性(xing)能、諧振頻(pin)率、彈性(xing)模量(liang)、殘余應力及疲勞強度等。微(wei)(wei)細結構的(de)(de)缺陷(xian)研究(jiu)，如金屬聚集(ji)物、微(wei)(wei)沉淀物、微(wei)(wei)裂紋等測(ce)試技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)納(na)米分(fen)析(xi)技(ji)(ji)術(shu)目(mu)前尚(shang)不成熟。國外在此領域主要(yao)開展用于(yu)晶體缺陷(xian)的(de)(de)激光掃描層析(xi)（Laser Scanning Tomograph）技(ji)(ji)術(shu)，用于(yu)研究(jiu)樣品頂部幾個(ge)微(wei)(wei)米之內缺陷(xian)情(qing)況的(de)(de)納(na)米激光雷(lei)達技(ji)(ji)術(shu)（Nanoladar），其探測(ce)尺(chi)度分(fen)辨率均可達到1nm。

3 圖像(xiang)識別測(ce)量技(ji)術

隨著近(jin)代(dai)科學(xue)技(ji)術(shu)的(de)發展(zhan)(zhan)，幾何尺寸與(yu)形(xing)位測(ce)量(liang)已從(cong)簡單的(de)一(yi)維、二維坐標(biao)或(huo)形(xing)體(ti)(ti)發展(zhan)(zhan)到復(fu)雜的(de)三維物(wu)體(ti)(ti)測(ce)量(liang)，從(cong)宏觀物(wu)體(ti)(ti)發展(zhan)(zhan)到微觀領(ling)域。被測(ce)物(wu)體(ti)(ti)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)中即包含有豐富的(de)信(xin)息，為此，正確(que)地進行圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)識(shi)別(bie)測(ce)量(liang)已經成為測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)中的(de)重要課題。圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)識(shi)別(bie)測(ce)量(liang)過程包括：（1）圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)信(xin)息的(de)獲取;（2）圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)信(xin)息的(de)加(jia)(jia)工處理(li)，特征提取;（3）判(pan)(pan)斷分(fen)類。計算(suan)(suan)機及相關計算(suan)(suan)技(ji)術(shu)完成信(xin)息的(de)加(jia)(jia)工處理(li)及判(pan)(pan)斷分(fen)類，這(zhe)些涉及到各(ge)種(zhong)不同的(de)識(shi)別(bie)模型(xing)及數理(li)統計知識(shi)。

圖像(xiang)(xiang)測量系(xi)統(tong)(tong)(tong)一(yi)般由以下結構(gou)組(zu)成，如圖1所示(shi)。以機(ji)械系(xi)統(tong)(tong)(tong)為(wei)基礎，線陣、面(mian)陣電荷耦合器(qi)件(jian)CCD或全(quan)息(xi)照相系(xi)統(tong)(tong)(tong)構(gou)成攝像(xiang)(xiang)系(xi)統(tong)(tong)(tong);信息(xi)的(de)轉換由視頻處理(li)器(qi)件(jian)完(wan)成電荷信號到(dao)數(shu)字信號的(de)轉換;計(ji)算機(ji)及計(ji)算技術實現信息(xi)的(de)處理(li)和顯示(shi);反(fan)饋系(xi)統(tong)(tong)(tong)包括溫度(du)誤差(cha)補償，攝像(xiang)(xiang)系(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)自動(dong)調(diao)焦等功能;載物工(gong)作(zuo)臺具(ju)有三坐(zuo)標或多坐(zuo)標自由度(du)，可以控(kong)制微(wei)位(wei)移。

3.1 CCD傳感器技(ji)術

物體三(san)維(wei)輪(lun)廓測量(liang)(liang)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)中，有(you)三(san)坐(zuo)標法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、干涉(she)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、莫爾等(deng)高(gao)線法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)及(ji)(ji)相位法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)等(deng)。而非(fei)接(jie)觸電荷耦合器件(jian)CCD（Charge Coupled Device）是近年來發展(zhan)很快(kuai)的(de)(de)一種(zhong)圖像信息傳感(gan)器。它具(ju)有(you)自掃描、光電靈敏度(du)高(gao)、幾(ji)何尺(chi)寸(cun)及(ji)(ji)敏感(gan)單(dan)元尺(chi)寸(cun)小等(deng)優點。隨著(zhu)集成度(du)的(de)(de)不斷提高(gao)、結構改善及(ji)(ji)材料(liao)(liao)質(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)提高(gao)，它已日益廣泛地應(ying)用(yong)于工(gong)業非(fei)接(jie)觸圖像識別測量(liang)(liang)系統中。在對物體三(san)維(wei)輪(lun)廓尺(chi)寸(cun)進(jin)行檢測時，采(cai)用(yong)軟件(jian)或(huo)硬件(jian)的(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，如解(jie)調(diao)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)、多項式(shi)插值函數(shu)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)及(ji)(ji)概率(lv)統計(ji)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)等(deng)，測量(liang)(liang)系統分辨(bian)率(lv)可(ke)達微米(mi)級(ji)。也有(you)將CCD應(ying)用(yong)于測量(liang)(liang)半導(dao)體材料(liao)(liao)表(biao)面應(ying)力的(de)(de)研究(jiu)。

3.2 全息照相技術

全息照相測量技術(shu)是60年代發(fa)展起來的(de)(de)一種(zhong)新(xin)技術(shu)，用此技術(shu)可以觀察到(dao)被測物體的(de)(de)空(kong)間像。激(ji)光具有*的(de)(de)空(kong)間相干(gan)性(xing)和(he)時間相干(gan)性(xing)，通過(guo)光波的(de)(de)干(gan)涉把(ba)經物體反射或(huo)透射后，光束中的(de)(de)振幅與相位信息