科技要发展，计量需先行。高端装备的制造离不开高精度测量。近年来，随着超精密加工与制造技术的快速的提升，慢慢的变多的结构较为复杂、具有高深宽比特征的微器件被大范围的应用于集成电路、航空航天、国防军事、医疗器械、生物工程、卫星通讯以及新能源等高端装备领域。如图1所示的极紫外光刻掩膜板、航空发动机蜂窝密封件、微型齿轮、微型喷油嘴、微流控器件、微型硅基结构、深微孔、微槽以及微型电极等精密元器件，其几何尺寸可低至微米级别，精度要求高的要达到纳米级别。为保障这一些器件的质量，需要对其进行三维超精密测量。由于这些精密器件精度要求高、形状复杂，多具有高深/宽比特征，常规测量方法难以满足需求，团队致力于研制兼具大行程、高精度、小测力、微测球等特点的三维微纳米接触式探头系统。

  探头主要由传感器、弹性机构和探针（测球测杆）三部分所组成。当探针受到触碰时，作用在测球上的力经测杆传递给弹性机构，弹性机构随之发生弹性变形，固定在弹性机构上的反射镜亦产生位移或偏角，如此即可将测球在三维空间上的位移转化为反射镜的位移或者角度变化并由传感器测出。团队常用的光学传感器包括共聚焦、激光准直、激光自准直、激光干涉等。

  钨探针的主要指标包括测球直径、测球圆度和偏心距，同时受到放电电压、放电时间、放电频率、电极间距等多个因素的影响。作者团队通过建模、仿真和实验等多种手段，探索其中的规律和最佳工艺参数，实现了微球形钨探针的可控制备，可以制造出直径在30~130 μm、圆度和偏心均优于1 μm的微球形钨探针。

  作者团队在重大国际合作项目、国家“863”计划重点项目、国家重点研发计划项目及多个国家自然基金项目的支持下，自主研制了多款三维微纳米接触式探头（见表1）。针对研制过程中出现的量程小、精度低、分辨力低、探头横向尺寸大、稳定性差等问题，提出以激光传感器代替共焦传感器、以簧片代替悬线、以碳化钨代替光纤等多种优化方法，攻克了兼具大量程、高精度、小测力、微测球等特性探头的设计方法与技术。

  当测量横向尺寸低至100 m的深孔或深槽等微特征时，靠肉眼很难将测球准确移动到待测位置。为此，作者团队研发了智能识别、导引技术与系统，并建立了诸如深孔、弧面、沟槽和凸台等特征工件的智能识别和测量模型，能轻松实现自动识别特征并规划测量路径，自动将测球快速准确移动到起始测量点。视觉导引系统的总体框架如图10（a）所示。系统主要由两个工业相机、配套的光学支架、一个环形光源和智能测量软件组成。图10（b）为智能识别、导引测量的照片。

  该实验室成立于2002年，由国际制造工程学会会士（SME Follow）和国际纳米制造学会会士范光照教授创办。实验室主要开展微纳米三坐标测量机及其有关技术研究。研究内容涉及仪器系统设计、光学测量、图像处理、力学和热学分析、基于DSP和FPGA的信号处理、精密定位控制、精密环境控制、微球形探针制备与测量、压电驱动、振动测量、超声检测、系统动态特性分析、误差分析与系统优化设计、不确定度评定、智能化测量等方面。

  李瑞君，合肥工业大学教授，博士生导师。研究方向为微纳测量技术与系统、光电检测技术与系统、精密控制技术与系统、仪器精度理论与应用。先后主持国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金面上项目3项、企业委托项目若干项。曾参与重大国际合作项目1项、国家863计划重点项目1项。共发表学术论文100余篇，已授权发明专利40余项，

  研制各类精密测量仪器或系统10余种。担任ISAtransactions,Measurement,等多个知名期刊的审稿人。任中国仪器仪表学会精密工程分会委员、中国计量测试学会几何量专业委员会委员、中国机械工程学会测试技术专业委员会委员、中国图像图形学会视觉检测专委会委员等。

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