测量系统

成果名称快速全视角测量系统单位名称北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司联系人闫实联系邮箱yanshi@tirt.com.cn成果成熟度□研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 &radic 可以量产合作方式□技术转让 □技术入股 &radic 合作开发 □其他成果简介：1. 解决的关键技术（1）软件的调试本仪器系统的软件调试包含快速视角测试传感器、自动测试平台以及测试软件这三部分的联机调试。解决了三部分的通讯应答问题，实现了测试系统的自动控制。解决了测试软件的自动识别边界功能测试软件增加了模糊控制功能，增加了边界识别，防止测试系统在进行自动测试时全视角测试传感器与测试平台发生碰撞。解决了测试软件的灵活性问题，用户可以根据自己的工艺要求，对测试过程进行编辑，测试系统按照编辑的工艺过程自动测试。（2）光学镜头组件模组化本项目将研制一套透镜组件的固定模组，实现透镜组的焦点在一条直线上，且满足焦距的微调，达到透镜组件的光学参数和精度保持一致。提升了镜片的镀膜增透工艺，改善了镜头的透过率，改善了低亮度状态下的测试效果。修改了镜头调试工艺，在镜头调试过程中，缩短了调试时间，简化了调试的复杂程度。（3）CCD传感器降低暗噪声将CCD传感器放置在密封的抽真空空间中，将这个空间用温度控制器进行控制，将温度控制在-5℃至-20℃之间的某一个温度值（这个温度值是根据CCD传感器的参数具体设定的），让CCD传感器的暗噪声最小。改善了温度控制电路，增加了温度传感器，对CCD传感器的环境温度进行闭环调节。（4）仪器校准根据工作原理，提出测量系统的校准方案，并完成校准平台的设计和搭建，配合设计与本测量系统相适应的校准软件，实现对测量系统视角、亮度及色度的校准。完成了校准平台点光源的改装，提升了点光源的漫反射控制。2. 创新性及应用情况（1）CCD传感器系统的环境温度控制设计本传感器系统将CCD传感器放置在密封的抽真空空间中，用恒温控制装置进行控制，实现CCD传感器最佳工作状态，有效降低其工作暗噪声实现低亮度条件下的准确测量。（2）光学镜头的远心的设计在快速视角测试传感器中，设计了一个傅里叶转换板，将入射光进行拆分，使其各角度的入射光线平行入射到CCD传感器接收板上，无需对镜头进行对焦，实现各角度入射光的光性能测量。（3）可视角的快速测量本测量系统可以完成显示器件或组件的全视角参数的快速测量。可视角的测量范围可以达到± 88° ，可视角的解析度实现1° ，可视角精度可以达到0.1° ，测量方位角达到360° 。还可快速获得与可视角相关的其他光性能参数数据（亮度和色度等），对显示器件的性能做出快速的全面评价，相比传统仪器有重大技术进步。3. 技术指标全视角快速测量测量传感器一套，暂定型号：MS-88 ，其技术指标： 入射角：-88° &mdash &mdash 88° ； 方位角：0-360° ； 可视角解析度：1° ； 可视角精度：0.1° ； 亮度测量范围：0.01-20,000cd/m2 亮度测量精度：± 2.5%(L10cd/m2) ± 2.8%(0.01-10cd/m2) 亮度测量重复性：0.1%(L10cd/m2) 0.2%(0.01-10cd/m2) 色度测量精度：± 0.001(L10cd/m2) ± 0.001(0.01-10cd/m2) 色度测量重复性：0.0008(L10cd/m2) 0.0009(0.01-10cd/m2)2.自动测试平台一套，暂定型号：ZD3423 技术指标： 机械轴数：三轴 机械尺寸：3m（L）*4m（w）*2.3m（h） 机台重量：2,800Kg 机台解析度： X轴：0.01mm；Y轴：0.01mm ；Z轴：0.01mm 机台精度： X轴：± 0.1mm；Y轴：± 0.1mm；Z轴：± 0.1mm3.自动控制软件一套4.校准平台一套 a.校准平台实现的目的： （1）完成对全视角快速测量传感器的角度的校准；（2）完成对全视角快速测量传感器的色度和亮度的校准。 b.校准平台的功能 （1）校准平台由独立的两套平台组成，一套平台完成全视角快速测量传感器的视角、色度和亮度的校准，并将校准结果存入此套传感器的库文件中，此套平台我们定义为A平台； 另一套平台功能是将色度和亮度测量标准传递给被测显示器，使得被测显示器成为标准的传递物，此套平台我们定义为B平台。 （2）A平台实现的机械功能测试架X轴行程范围：100mm ；测试架Y轴行程范围：100mm ；测试架X轴灵敏度：0.01mm； 测试架Y轴灵敏度：0.01mm； 卡具水平旋转范围：± 90º ； 卡具垂直旋转范围：± 90º ； （3）B平台实现的机械功能测试平台X轴行程范围：100mm；测试平台Y轴行程范围：100mm；测试平台X轴灵敏度：0.01mm；测试平台Y轴灵敏度：0.01mm；点光源水平旋转范围：± 90º ；点光源垂直旋转范围：± 90º ；5.测试信号源一台 型号：NC804 技术指标： 具备ESD和隔离保护措施。通过DDC通道读取/写入/比较EDID数据。移动十字线精确定位像素坐标。可编程VBL及VDD 输出LVDS编码兼容JEIDA/VESA标准，可选DE/Hsync/Vsync。分辨率支持4096（dot）*4096(line)4ch LVDS信号输出，支持4象限、左右图像控制。应用前景：针对国家检测院所及龙头平板生产企业（例如boe，华兴光电，南京熊猫，龙腾光电，中国计量院等）的需求制定销售方法及配套产品，做好技术服务，定期进行技术交流，制定交流时间表，采用具有专业技术背景的销售人原服务跟踪指定客户。了解用户的工艺需求，在用户的有效需要范围内制定控制系统，充分满足用户的生产需求。在此基础上开拓其他领域，例如汽车面板视角检测，纳米材料方面的检测，模具表面检测等领域。采用公司的主要销售渠道，扩展代理渠道，在主要客户服务区设定产品代理技术服务代理。例如我们已经在深圳设置了产品代理及服务部门，在山东潍坊设立了产品代理商，主要服务于青岛区域及歌尔声学等企业。知识产权及项目获奖情况：本仪器所有知识产权归北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司和北京三爱威迪科技有限公司以及北京市科学技术委员会共同所有。

自2019年5月20日起，新的国际单位制正式实施，其中质量的单位千克启用了基于普朗克常数的新定义。能量天平是我国自主的千克新定义复现方案，该方案由中国计量科学研究院张钟华院士提出。能量天平利用电磁力做功与电磁场能量变化之间的转换与平衡，建立普朗克常数与被测砝码质量之间的桥梁。图1 能量天平结构示意图与测量原理电磁力做功量的测量涉及电磁力大小的测量和线圈相对位移测量两方面。因此，悬挂线圈与激励磁体的相对位移测量系统至关重要。它不仅实现了能量天平对于“米”的量子化基准的溯源，而且在保证能量天平积分区间的一致性上也发挥了关键作用。能量天平采用外差激光干涉测量系统对悬挂线圈与激励磁体的相对位移进行测量（图2），但该干涉测量系统存在较大的光学闲区（图3），进而影响了能量天平在空气环境中运行时位移测量的准确性。图2 能量天平激光干涉测量系统图3 能量天平光学闲区示意图近日，发表于《计量科学与技术-中国计量科学研究院专刊（2022）》的文章“能量天平激光干涉测量系统闲区长度测量方法研究”，对能量天平干涉测量系统中闲区长度测量方法进行了分析与讨论。主要成果（1）提出了基于真空/空气环境光程差测量的光学闲区长度测量方法。该方法利用能量天平的真空系统改变光学闲区的空气折射率；利用激光干涉系统测量折射率改变过程中的光程变化，进而测得光学闲区的长度，将原毫米量级的闲区长度测量不确定度抑制至4 μm，大大提高了光学闲区长度的测量能力。（2）利用光学闲区长度表征的绝对距离，实现了对能量天平激励磁体与悬挂线圈间相对零位的测量，以保证悬挂线圈系统位于磁体的均匀区范围。该相对零位的标准测量不确定度达到了54.2 μm。此项研究得到了国家自然科学基金青年基金项目(51805507)的支持。能量天平科研团队简介重新定义千克曾被《Nature》列为世界性的科研难题。张钟华院士向这一科研难题发起了挑战，提出了基于全静态测量的能量天平方案，该方案被《Metrologia》列为国际三种千克量子化定义与复现方法之一。目前，能量天平由李正坤研究员带领的年轻团队接力攻关。该团队连续攻克了高匀场激励磁体设计、准静态磁链差测量、外磁屏蔽方法优化、真空超精密几何量测量、能量天平准直误差理论与技术、超高直线度重载驱动方法与装置等一系列科研难题，建立了第二代能量天平装置NIM-2，其实物图如图5所示。该装置于2019~2020年间，代表中国参加了千克新定义后的首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）。经国际计量局对各国的数据综合评定，能量天平的测量结果与比对参考值（KCRV）的相对偏差为1.17E-8，相对标准不确定度为4.49E-8，比对结果如图6所示。该测量数据已成功用于首个国际质量共识值（the Consensus Value）的评定，进而用于SI新定义后全球质量量值传递。能量天平的研究工作，为建立我国自主的质量量子化基准装置提供了重要的技术支撑。图5 能量天平装置实物图图6 首次千克复现方法国际关键比对（CCM.M-K8.2019）比对结果

RGM手表公司是由美国手表制造商罗兰墨菲创立的。他的职业生涯和对钟表(计时设备的艺术或科学)的兴趣始于十几岁时在一家钟表公司做兼职工作时。后来，他进入了鲍曼制表技术学校，1986年他被WOSTEP(瑞士制表师培训和教育计划)录取。完成WOSTEP后，他在汉密尔顿手表公司的产品开发工作，直到他创建了RGM手表。RGM手表销售是在个人一对一的基础上进行的。参观该公司的客户和潜在客户经常会受到罗兰• 墨菲本人的欢迎。他在谈到客户经常要求的定制设计功能时，分享了自己对经典手表设计、创新和工艺的热情。RGM拥有一支11人的团队，每年生产“几百块”手表，根据设计和材料的不同，手表的价格从3500美元到9.5万美元不等。 进入RGM工厂，您会立即被多个经典的钟表匠长椅和一些古董玫瑰发动机车床包围。这些百年的车床可以生产复杂和华丽的金属图案使用切削雕刻技术。RGM表的这种水平的装饰细节对客户是非常诱惑的。 在开始时，由于缺乏合适的金属加工机械来生产非常小的零件，也没有精密的非接触测量手段，RGM产品的开发往往非常缓慢。瑞士的公司有这些设备，但对与一家没有经验的初创公司合作没有特别的兴趣——尤其是这样一家来自美国的公司。凭借进取的决心，在当地一家机械修理店和一批二手金属加工机械的帮助下，墨菲于2007年推出了Caliber 801机械运动系统。“在我们能够依赖可靠准确的零部件之前，我们会制造小于名义尺寸孔的零件，然后制表师会修正夹具镗床上的孔… … 这是一个非常耗时的过程… … ” 在一台老式的光学比较仪上对Caliber 801的小零件进行检查和测量。这样的检查需要花费相当多的时间来定位和测量，并且不是非常自动化，但对于处理最初几个低等级的系列手表零组件已经足够了。今天，有七个版本的Caliber 801，需要对一系列复杂的零组件进行测量。这时，使组成零件始终精确就变得至关重要了。这意味着制表师在组装过程中通过使小孔变大来单独制造太耗费时间。墨菲解释说。那么他们是如何解决生产和检测的问题的呢？ 2016年6月，RGM购买了QVIStarLite150影像测量系统，用于完成之前由光学投影仪测量的尺寸和检查任务。“StarLite 150很快就展示了优势所在，这个系统可以在不需要操作人员干预的情况下持续测量小而复杂的手表部件，”微机械设计总监Benoit Barbe说。近年来，生产和机型需求增加，StarLite 150通过其与公司的3D CAD系统和数控铣床的兼容性，已经成为开发过程中不可或缺的检测手段的一部分。一旦CAD模型完成，它可以下载到影像测量系统，在几秒钟内完成测量。“我们对测量结果的准确性有很高的信心，而在使用光学比较仪时是存有疑虑的，”Barbe评论道。 “我们对StarLite 150测量系统了解得越多，我们的工作效率就越高。”StarLite150特别受到RGM制造团队赞赏的一个特点是它的VectorLightTMLED可编程环形灯。Barbe说:“高亮度的光源使得在两个盲孔之间检查尺寸变得非常快速和简单“。”定制手表功能的需求越来越大，需要独特的，复杂的设计与数控机床生产运行的数量越多。“我们现在定期测量和检查定制的微型机蚀刻，用小到0.02毫米的立铣刀。用了StarLite以后，测量变得从来没有这么简单，也没有这么准确。