機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展研究

摘要：在經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展背景下，我國(guó)還應(yīng)通過提高機(jī)械制造技術(shù)發(fā)展水平增強(qiáng)國(guó)家整體實(shí)力。而想要達(dá)成這一目標(biāo)，應(yīng)進(jìn)一步促進(jìn)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展。基于這種認(rèn)識(shí)，文章對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用問題展開了分析，并對(duì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景展開了研究，以期為關(guān)注這一話題的相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造領(lǐng)域；測(cè)量技術(shù)；加工質(zhì)量；測(cè)量數(shù)據(jù)；測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH16 文章編號(hào)：1009-2374（2017）01-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.035

較好地應(yīng)用測(cè)量技術(shù)將能使機(jī)械制造過程中產(chǎn)生的誤差得到有效降低，所以能夠?yàn)闄C(jī)械制造加工質(zhì)量提供保障。而推動(dòng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展則能有效推動(dòng)機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，因此相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展研究，以便通過發(fā)展測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展。

1 機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

1.1 測(cè)量技術(shù)

測(cè)量技術(shù)是一種機(jī)械加工技術(shù)人員必須掌握的技術(shù)，同時(shí)也是機(jī)械制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，包含傳感、儀器和測(cè)量等內(nèi)容，可以利用儀器將被測(cè)量物體轉(zhuǎn)換為人們可識(shí)別的信號(hào)。在機(jī)械制造領(lǐng)域，只有正確應(yīng)用測(cè)量技術(shù)才能使機(jī)械加工的高精密度要求得到滿足，從而達(dá)成改善人類生存環(huán)境的目的。目前，機(jī)械制造領(lǐng)域使用的測(cè)量技術(shù)主要可以劃分為兩類，即與加工生產(chǎn)零部件有關(guān)的測(cè)量技術(shù)和與制造系統(tǒng)有關(guān)的測(cè)量技術(shù)。現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)有較多的方式方法，并且有較高要求。在測(cè)量的過程中，將涉及較多的數(shù)學(xué)知識(shí)和原理，并且需要完成各種形狀、角度和長(zhǎng)度的對(duì)象的測(cè)量，因此還需要掌握運(yùn)用現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精密測(cè)量的方法。

1.2 技術(shù)的應(yīng)用

在機(jī)械制造領(lǐng)域，目前得到應(yīng)用的測(cè)量技術(shù)主要包含基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)、高端測(cè)量技術(shù)和極限測(cè)量技術(shù)這三類。使用基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)可以為機(jī)械基礎(chǔ)的制造提供技術(shù)支持。該技術(shù)的應(yīng)用雖然無法為機(jī)械加工人員提供精確的控制手段，但是卻能利用普通測(cè)量工具和手段加強(qiáng)對(duì)機(jī)械制造過程的監(jiān)控，從而使機(jī)械加工質(zhì)量得到有效提高。所以在機(jī)械制造的多個(gè)領(lǐng)域，基礎(chǔ)測(cè)量技術(shù)都得到了應(yīng)用。高端測(cè)量技術(shù)包含納米位移技術(shù)、激光測(cè)量技術(shù)和在線視頻測(cè)量技術(shù)等。應(yīng)用納米位移技術(shù)，能夠使微運(yùn)動(dòng)、大范圍和高精度的問題得到順利解決。應(yīng)用激光測(cè)量技術(shù)可以利用激光偏振器完成高精度測(cè)量，以滿足機(jī)械加工制造要求。使用在線視頻測(cè)量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備的在線在機(jī)測(cè)量，所以能夠在確保測(cè)量精確度的同時(shí)，有效提高機(jī)械加工效率。此外，在精密機(jī)械加工制造中，常常會(huì)使用極小或極大的納米級(jí)元件。想要加強(qiáng)對(duì)該類元件的使用控制，還要使用極限測(cè)量技術(shù)對(duì)元件幾何輪廓及相關(guān)量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算，進(jìn)而使機(jī)械加工質(zhì)量得到保證。

2 機(jī)械制造領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)的發(fā)展研究

2.1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

就現(xiàn)階段而言，機(jī)械制造領(lǐng)域在測(cè)量技術(shù)研究上主要運(yùn)用了兩大重要測(cè)量理論。而這兩大理論是根據(jù)測(cè)量對(duì)象實(shí)際特點(diǎn)劃分的，分別被稱之為動(dòng)態(tài)測(cè)量理論和靜態(tài)測(cè)量理論。在靜態(tài)測(cè)量精度理論研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該理論在實(shí)際應(yīng)用上突出的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，從而使該理論得到了不斷創(chuàng)新和完善。首先，從特點(diǎn)上來看，該理論在實(shí)際應(yīng)用中將產(chǎn)生能夠補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)誤差，但誤差在補(bǔ)償過程中也將產(chǎn)生誤差；其次，該理論具有隨機(jī)誤差和粗大誤差，前者可以利用統(tǒng)計(jì)分析原理進(jìn)行分析，后者具有一定偶然性，將帶來一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)得到嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待；最后，該原理的應(yīng)用還將產(chǎn)生測(cè)量不確定度，需要在對(duì)相應(yīng)測(cè)量值進(jìn)行明確的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)量值的不確定度展開評(píng)價(jià)。而通過對(duì)測(cè)量不確定度的分布范圍展開客觀評(píng)價(jià)，則能得到具有一定可參考性的結(jié)構(gòu)。相較于靜態(tài)測(cè)量精度理論，動(dòng)態(tài)測(cè)量精度理論的研究起步時(shí)間較晚。經(jīng)過多年研究，該理論雖然得到了完善和創(chuàng)新，但是仍然存在較多問題。而該種理論本身較為復(fù)雜，并且難以理解，所以有較高的誤差分離和補(bǔ)償難度，因此其應(yīng)用受到了限制。為解決這一問題，國(guó)外相關(guān)學(xué)者則提出了多測(cè)頭法、反向法和互比法等一系列方法。而在相關(guān)測(cè)量理論得到不斷完善的基礎(chǔ)上，與測(cè)量技術(shù)有關(guān)的科學(xué)儀器設(shè)備也得到了不斷完善和創(chuàng)新，從而使測(cè)量技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。

2.2 技術(shù)發(fā)展問題

近年來，隨著測(cè)量理論、機(jī)械制造和測(cè)量技術(shù)的緊密結(jié)合，機(jī)械制造領(lǐng)域也通過應(yīng)用測(cè)量技術(shù)獲得了較多的研究成果，從而使新的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備得以不斷出現(xiàn)，進(jìn)而使該領(lǐng)域測(cè)量技術(shù)在空間尺寸測(cè)量、大型精密儀器設(shè)備研究和壓電石英傳感器研究等方面取得了一定的發(fā)展。但與此同時(shí)，我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)發(fā)展仍然存在較多問題，仍然無法與一些西方先進(jìn)國(guó)家相比較。

2.2.1 創(chuàng)新性差。就實(shí)際情況而言，我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用的測(cè)量技術(shù)、儀器設(shè)備和測(cè)量理論大多來自于西方先進(jìn)國(guó)家的理論，很少有自己原創(chuàng)的理論技術(shù)，以至于使機(jī)械制造領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)的研究發(fā)展受到了限制。所以國(guó)內(nèi)機(jī)械制造企業(yè)的測(cè)量技術(shù)研發(fā)能力普遍不強(qiáng)，無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破創(chuàng)新。這一問題的產(chǎn)生，與國(guó)內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)對(duì)測(cè)量技術(shù)的重視程度不高有關(guān)，以至于在測(cè)量技術(shù)研究上缺乏研究力度，僅僅追求實(shí)現(xiàn)數(shù)量上的突破，并未真正實(shí)現(xiàn)質(zhì)量上的改進(jìn)和提高。

2.2.2 可靠性差。就國(guó)內(nèi)機(jī)械制造領(lǐng)域使用的測(cè)量?jī)x器設(shè)備來看，多數(shù)設(shè)備本身精度不高，以至于給機(jī)械制造加工精度帶來了不良影響。相較于西方先進(jìn)國(guó)家，國(guó)內(nèi)測(cè)量?jī)x器精度往往要低1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，所以我國(guó)在精密度較高的機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)上一直較為落后，無法實(shí)現(xiàn)一些機(jī)械加工關(guān)鍵技術(shù)，因此也導(dǎo)致了機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展受到了限制。

2.2.3 應(yīng)用性能差。從測(cè)量?jī)x器設(shè)備的應(yīng)用性能上來看，國(guó)內(nèi)機(jī)械制造領(lǐng)域使用的測(cè)量設(shè)備往往比較落后，只能在簡(jiǎn)單的計(jì)算和測(cè)量中得到應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、處理，并且也難以排除外部環(huán)境對(duì)測(cè)量過程的干擾。由于這些設(shè)備普遍具有智能化程度較低的問題，所以通常無法用于開展高端測(cè)量工作。然而國(guó)外已經(jīng)開始應(yīng)用一些智能化程度較高的測(cè)量設(shè)備，可以進(jìn)行各種外部干擾的排除，并適應(yīng)各種環(huán)境，因此能夠?yàn)闄C(jī)械加工制造提供真實(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.3 技術(shù)發(fā)展前景

目前，在機(jī)械制造領(lǐng)域，測(cè)量技術(shù)作用的發(fā)揮變得更加充分，并且開始向著在線測(cè)量方向發(fā)展，以滿足機(jī)械制造加工需求。同時(shí)機(jī)械制造領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)開始向著數(shù)字化的方向發(fā)展，以滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要。為推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展，國(guó)外Kelch和Zoller等公司推出了自動(dòng)化CCD數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。而在齒輪道具及有關(guān)零件檢測(cè)方面，Klingelnberg公司推出了一種齒輪測(cè)量技術(shù)，擁有較高精準(zhǔn)度，能夠檢測(cè)這些零件是否滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在閉環(huán)制造系統(tǒng)研究方面，測(cè)量技術(shù)與設(shè)備的融合能夠?yàn)榱銖U品制造提供技術(shù)支持。在機(jī)械設(shè)備齒輪零件加工上，利用日本大阪精機(jī)能夠完成閉環(huán)剃齒刀磨齒系統(tǒng)的構(gòu)建，從而為機(jī)械制造加工精度提供更多保障。此外，在設(shè)備自動(dòng)化測(cè)量方面，由Walter公司推出的萬能測(cè)量?jī)x設(shè)備則具有一定的先進(jìn)性。

伴隨著新原理和新測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，同時(shí)伴隨著數(shù)字化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)測(cè)量技術(shù)在機(jī)械制造方面也獲得了良好的發(fā)展前景。在先進(jìn)制造方面，天津大學(xué)葉聲華等院士研發(fā)出了空間尺寸測(cè)量及現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法。利用該方法能夠在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精密的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，不僅能夠使測(cè)量誤差得到減少，還能使測(cè)量速度得到有效提高。在激光測(cè)量技術(shù)研究領(lǐng)域，清華大學(xué)張書練等人研究發(fā)現(xiàn)了雙折射雙頻激光器腔調(diào)諧的三偏振特性，并利用該原理完成了激光器納米側(cè)尺的研發(fā)，而該設(shè)備具有極高的測(cè)量精度。

2.3.1 毫米級(jí)測(cè)量技術(shù)研究。就現(xiàn)階段而言，受新測(cè)量技術(shù)的影響，人們開始關(guān)注毫米級(jí)元件的測(cè)量問題。在這一背景下，特殊機(jī)械制造測(cè)量?jī)x器得到了開發(fā)。而為與新型特殊儀器相適應(yīng)，毫米級(jí)測(cè)量技術(shù)也得到了研究發(fā)展，以滿足毫米級(jí)元件的測(cè)量需求。

2.3.2 新型傳感測(cè)量技術(shù)研究。在科學(xué)技術(shù)取得不斷發(fā)展的同時(shí)，新的物理原理也得以不斷出現(xiàn)，從而為測(cè)量技術(shù)的創(chuàng)新提供了動(dòng)力。在復(fù)雜力學(xué)物理量研究方面，新型壓電石英傳感器及有關(guān)測(cè)量技術(shù)就得到了開發(fā)，從而使高能化爆材料的切削加工難題得到了解決。所以在新的傳感原理得以出現(xiàn)的同時(shí)，人們也將開始探索如何運(yùn)用新的傳感原理提高測(cè)量技術(shù)精度的方法，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量技術(shù)的不斷完善和更新。因此在機(jī)械制造領(lǐng)域，新型傳感測(cè)量技術(shù)的研究將成為未來的重要研究

方向。

2.3.3 基本測(cè)量理論的研究。在機(jī)械領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)得到不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，人們也必將通過追本溯源加強(qiáng)基礎(chǔ)測(cè)量問題的研究，以便從根本上完善測(cè)量理論和提高測(cè)量基標(biāo)準(zhǔn)。而在基礎(chǔ)測(cè)量理論得到完善的基礎(chǔ)上，高端測(cè)量技術(shù)試驗(yàn)也將得到進(jìn)一步完善，所以能夠?yàn)楦叨藴y(cè)量技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前，動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差溯源理論、動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)精度損失技術(shù)和空間尺寸測(cè)量校準(zhǔn)方法等內(nèi)容的研究已經(jīng)引起了人們的重視。而在這些技術(shù)得到創(chuàng)新發(fā)展的同時(shí)，機(jī)械制造技術(shù)也必將取得新的發(fā)展。

3 結(jié)語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，測(cè)量技術(shù)是機(jī)械制造的重要組成部分。伴隨著機(jī)械制造行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量技術(shù)也將得到進(jìn)一步發(fā)展。而我國(guó)在對(duì)機(jī)械制造領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)展開研究時(shí)，還應(yīng)在研究國(guó)際先進(jìn)測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，以便完成更加先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)的研發(fā)。

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作者簡(jiǎn)介：李龍泉（1978-），男，天津人，天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造與測(cè)量。

（責(zé)任編輯：蔣建華）