精密测试实验室

1 实验室介绍

精密测量技术研究室（简称“精测室”）是长度计量科学与精密机械测量技术研究所最大的实验室，负责直径、形状、角度、齿轮、量仪量具等相关物理参数的复现和传递，并负责相关国家检定系统表和规程、规范的制定和修订工作。精测室现有技术人员21人，保存着90%的长度计量基准和标准，拥有直径、平面度、圆度、圆柱度、直线度、角度、锥度、齿轮类零件、齿轮类量仪、齿轮类标准器、位移、应变、形变、量仪、多齿分度、环规/塞规、小角度检查仪、光学仪器检具、坐标测量、显微镜等国家基标准，承担着全国相关几何量值的检测、校准和量值传递工作，为我国制造业、航空航天、建筑、交通、船舶、大型装备等许多行业提供了精密的检测手段，解决了几何量的可靠测量和标定问题，保证了全国量值的准确一致和正确传递。

2 实验室研究领域

2.1直径、形状

本组主要负责直径、圆度、平面度、轮廓度、锥度等领域的工作，维护平面度和锥度2项国家计量基准。近年来承担和参加了多项国家级的课题，包括国家自然科学基金、国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项、国家重大科学仪器专项、国家重点研发计划NQI专项等，并多次参加圆度、平面度、直径等参数的国际比对工作，负责组织平面度、直径等参数的国内比对工作，为保证量值的一致与等效做出了贡献。

2.2角度

角度表征空间中几何要素之间的位置和方向关系，常用符号为θ，国际单位为弧度（rad），常用单位为度分秒，其量值可直接溯源至封闭圆360度。

角度参量是和长度参量并列的几何量参量两个最重要的基本参量之一，在制造业、交通运输业、建筑工程业、航空、航天、航海等国家基础、战略领域均发挥关键作用，其角度测量的准确性和可靠性直接影响工业产品质量、交通输安全、效能及建筑结构安全，对国民经济、人民生命财产安全意义重大。

角度计量是保障角度测量准确、可靠的核心环节，角度计量能力的高低反映了一个国家的基础实力。角度计量包含线角度、面角度、小角度、锥度及空间角计量。面角度基准体系所包含的多面棱体、角度块等标准器是国际之间角度计量器具中最关键的比对项目之一。圆光栅、圆编码器、感应同步器、多齿台、角回转台、速率回转台、分度头、自准直仪等作为角度计量器具被广泛应用于各种量仪和加工设备中，目前在航空航天航海、制造、汽车、建筑、测绘等领域大量使用的定向或导航传感器及系统、激光跟踪仪、3D激光扫描仪、经纬仪、全站仪、二维和三维转台、准直仪、倾斜仪、水准仪、垂准仪等都是通过测角定位或定向的，或通过测角获得长度变化量的，类似这样的测角类系统、仪器和传感器近几年国内外发展速度很快，其测角方向从一维向二维和三维空间方向发展，编码技术、光学和电子瞄准技术及电子细分、计数等技术大量应用在测角类量仪中，测角精度从以前的几十秒、几秒发展到现在的0.1″或以下，不仅测角精度迅速提高，测角功能和范围也不断扩展，尤其是随着导航和空间定位定向技术的发展，角度计量技术也从平面角计量技术向空间角计量技术的研究和空间角计量体系的建立方向发展。

二、研究领域

（一）平面角计量基标准的研制、量传和应用技术研究

我国的平面角基准原由面角度、线角度和小角度三个基准组成，基标准部分有详细介绍，这三套基准装置都由计量院自主研制、保存和实现了相互交叉的量值传递关系，并制订了平面角计量器具检定系统，建立了比较完善的国家平面角量传体系。国家平面角基准和标准对统一我国角度量值以及进行角度国际比对，实现角度量值的国际互认具有重要的意义。

（二）精密角位置和角运动计量技术研究

目前实验室根据国家高端制造、航空航天航海、建筑、测绘等领域发展需求，利用自主研发的角位置误差自校准技术，开发了高精度、自适应和小型化的系列动态角发生和校准工作台，应用于实验室的精密角位置测量及现场的角运动测量。同时不断完善GNSS导航和方位角校准系统，构筑包含平面角和空间角的新的角度量传体系，并据此对行业提供技术服务。

在未来还会陆续开展以下几方面的研究：

（三）角运动参量表征和溯源技术研究

针对角度测量动态特性表征与分析需求，将角度测量仪器视为信号传递系统，研究连续输入的被测角度值（参考真值）与连续输出的测量结果之间的分析方法，对变化速率下输出角度量相对输入角度量的延时与衰减或增益进行量化描述，定义角度测量的频率响应特性、阶跃响应特性、谐波失真特性、模态变化特性、频散特性等动态特性，探索角度测量动态特性标准方法，实现角度测量动态特性的完备描述，服务动态角度测量领域。并针对测角仪器动态特性的量值溯源需求，研制基于角度和时间量值的角振动、角冲击信号发生与比较装置，研究角运动参量的校准溯源方法。

（四）纳弧度级平面角标准研制

针高端制造业工业母机圆分度标准器件、集成电路母板的标定、加工需求,研制超精密双层回转轴系，研制衍射型圆光栅配对模组，研制双层分离可控精密定位驱动，研究全圆封闭高分辨率排列互比扫描测量方法,实现工业母机元分度标准器件标定、加工自主化，追赶国际制造业强国工业基础水平，打破高端制造核心器件进口产品垄断局面,服务高端制造业、集成电路产业、中国制造2025发展战略、国产自主可控替代计划。

（五）空间姿态角度计量溯源技术研究

针对空间姿态角度一体化量值溯源需求，研制同时包含三轴角增量和空间零位测量能力的空间姿态角度发生与比较装置，研究多轴复合角度正交解耦方法与大地水平准线、地球磁北、天文北联合测量方法，拓展空间姿态角度量值传递服务能力，服务地理信息产业、航空、航天、航海、高端制造业。

（六）惯性导航系统复合参数一体化标定与优化技术研究

针对惯性导航系统现场、快速、多参数一体化标定需求，开发便携式，高适应性，空间姿态角、方位、加速度、重力联合测试平台，开发复杂工况（变温、变湿、振动）仿真与能测试平台，形成惯导器件测试关键参量的一站式计量服务能力。

2.3齿轮

2.4量仪量具

主要负责通用量具和量仪计量标准的建立、运行和维护，主要包括手持式一维、二维仪器，光学机械式一维、二维三维测量仪，各种台阶膜、光学膜、覆盖膜、自支撑膜等各种膜厚标准量值溯源体系的建立和应用研究。

2.5位移、形变

主要负责双频激光干涉仪、微纳位移、应变形变等计量标准等的建立、运行和维护，主要包括各种激光干涉仪、位移类应变类的测量仪器及传感器，精密物位计、光纤传感器、虚拟现实、可穿戴柔性形变等新测量技术及仪器的量值溯源体系的建立和应用研究。开展工程类、在线、远程、综合复杂系统多参数校准检测研究与服务。