黄强先，史科迪，陈 晨

(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥 230009)



基于视觉引导的3D纳米测头

黄强先，史科迪，陈 晨

(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥 230009)

针对现有微纳米CMM机(Micro-Nano Coordinate Measuring Machine，微纳米CMM)测量逼近效率低的问题，设计了一种基于视觉引导的3D纳米测头。该测头以石英音叉结合一体式光纤微测杆测球作为微力触发定位传感器，以3个空间布置的微型USB高倍摄像机对工作台做视觉引导。将测球置于3个摄像机焦平面后约100 μm处，通过高斯滤波、清晰度评价、极点搜索，对图像进行实时处理，判断试样是否接近测球，实现三维工作台的高低速引导控制。实验结果表明：该测头可以实现大行程、高精度微纳米CMM的自动高速逼近、低速触发定位测量，通用性好、集成度高，测量效率高。

微纳米三坐标测量机；微纳米测头；视觉引导；聚焦区域选择；清晰度评价；高斯滤波；极点搜索

0 引言

纳米技术是当今的前沿技术，只有掌握了纳米尺度的测量技术时，纳米技术才能真正实现它的价值[1]。国内外许多机构都开展了微型/纳米级坐标测量技术的研究[2-3]，其中3D测头作为微纳米CMM实现高精度、高效率测量的关键器件，是研究微纳米CMM的热点和难点。

常见的微纳米CMM的测头根据工作原理可分为触发式测头和非接触式测头两类，其各有优缺点。触发式测头可靠性好、精度较高，但触发力会使测杆弯曲形变，且测力会引起被测试样表面的形变或损伤。由于需要纳米量级的触发分辨力，触发式测头必须以足够慢的接触速度以获得准确的触发位置，所以相对于非接触式测头，触发式测头测量效率较低。……