功能表面形貌触针扫描三维精密测量与特征分析的关键技术研究

功能表面是具有特定功能结构特征的表面。功能表面形貌是表面形状、粗糙度、波纹度、表面缺陷和表面功能结构特征等的综合形态。功能表面形貌三维精密测量和分析，是实现其完整表征、质量有效监测、控制和功能可靠保证的基础。功能表面形貌测量要求对包括形状、功能结构及波纹度、粗糙度特征等实现一体综合测量和分析。本项目研究垂直与水平方向宽范围、高精度的表面形貌触针扫描精密测量与特征分析的关键理论和技术，主要研究双正交衍射光栅二维位移传感原理和技术；研究建立基于双正交衍射光栅二维位移传感器，具有x-y向统一计量基准、共基面的高精度、宽范围二维扫描工作台；研究大范围触针扫描表面形貌测量中垂直测量和水平定位的非线性误差机理、补偿原理与技术，建立动态补偿模型；研究非均匀插值表面重构及等间距重采样技术；研究基于地形地貌学的功能结构特征分析提取理论和算法。在此基础上，建立功能表面形貌触针扫描三维精密测量、特征分析系统。

功能表面是具有特定功能结构特征的表面。功能表面形貌是表面形状、粗糙度、波纹度、表面缺陷和表面功能结构特征等的综合形态。功能表面形貌三维精密测量和分析，是实现其完整表征、质量有效监测、控制和功能可靠保证的基础。功能表面形貌测量要求对包括形状、功能结构及波纹度、粗糙度特征等实现一体综合测量和分析。本项目研究了垂直与水平方向宽范围、高精度的表面形貌触针扫描精密测量与特征分析的关键理论和技术，从理论上分析论证了双正交衍射光栅二维位移同步测量原理，设计建构了共基面二维扫描工作台，并将二者结合，建立了基于双正交衍射光栅二维位移传感器，具有x-y向统一计量基准、共基面的高精度、宽范围二维扫描工作台；基于大范围触针扫描杠杆机构的运动分析，探讨了大范围触针扫描表面形貌测量中垂直测量和水平定位的非线性误差机理，分析了非线性误差的数学传递关系，提出了补偿原理和技术，建立了非线性误差补偿模型；分析了大范围触针扫描表面形貌三维测量非均匀采样机理，建立了非均匀采样分布等式，提出并实现了插值和等间距重采样的策略；研究了基于有限脊小波表面结构特征提取算法并系列表面二三维特征分析与评定算法及软件实现；研究并建立了表面形貌测量触针传感器动静态特性检定系统。最后，基于前述研究成果，建立了表面形貌触针扫描三维精密测量、特征分析与评定系统，并进行了测量实验，获得了良好的结果。项目研究发表文章18篇,申请获批发明专利5项,软件著作权3项,培养硕博士研究生18名，建立传感器检定装置和测量系统各一套。