關(guān)于以發(fā)展的眼光看幾何量計量

張雁

摘 ?要：幾何量技術(shù)在先進制造技術(shù)體系中被廣泛應用，其先進水平與制造業(yè)持續(xù)發(fā)展有著直接關(guān)系。近年來，隨著制造領域中各種新型測量技術(shù)的逐漸興起，幾何量計量技術(shù)也逐漸發(fā)展，基于此，本文以發(fā)展眼光看幾何量計量，并從計量服務角度出發(fā)分析互聯(lián)網(wǎng)對檢測工作的新發(fā)展。

關(guān)鍵詞：發(fā)展的眼光;幾何量計量;技術(shù)

近年來，先進制造業(yè)從以產(chǎn)品為核心發(fā)展到以市場為核心，再到當前的以客戶為核心，整個過程也代表了測量技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。而隨著測量技術(shù)的發(fā)展，計量技術(shù)和計量服務也隨之發(fā)展，需要積極響應市場發(fā)展，突破傳統(tǒng)的服務經(jīng)營挑戰(zhàn)，在互聯(lián)網(wǎng)背景下，形成規(guī)模高效的人性、智能計量服務，提高計量服務整體水平，積極應對動態(tài)市場競爭能力以及適應能力。

一、幾何量計量技術(shù)發(fā)展情況

（一）計量范圍

在以往的10年期間，以極大規(guī)模構(gòu)成的電路制造裝備和成套工藝形成的超精密加工技術(shù)，可以使計量對象尺度縮小，計量參數(shù)更復雜，尺度能夠達到納米級別，形態(tài)也變?yōu)榱硕嗑S。同時，超大尺寸制造系統(tǒng)和空間研究領域的拓展導致計量對象涉及范圍也擴大到幾十米或是上百米，幾何計量尺度相差十幾個數(shù)量級，從微觀都宏觀角度上，尺寸計量范圍也逐漸向兩邊拓展[1]。極端制造系統(tǒng)對傳統(tǒng)計量方式提出了挑戰(zhàn)，而對幾何參數(shù)量值進行統(tǒng)一和溯源研究也成為急需解決的問題。

近年來，大尺寸測量儀器溯源已經(jīng)成為當前研究重點，從實驗室溯源轉(zhuǎn)化成現(xiàn)場溯源。例如大型三坐標測量機校準廣泛應用了干涉儀、樣板法等方法。但是，現(xiàn)場大型幾何量計量仍然需要維持好計量范圍和準確度平衡，使整個大尺寸測量控制準確度控制以及全局定向在大空間中能夠建立再全局坐標系統(tǒng)中應用的三維坐標控制場。在現(xiàn)場情況基礎上構(gòu)建空間長度基準，同時將基準溯源至局部坐標系中，避免影響現(xiàn)場溫度梯度等誤差，使幾何量量值傳輸不確定度能夠降低，進一步提升大型裝備幾何量的測量準確性。例如用在空間范圍計量的空間定位系統(tǒng)，其可以對生產(chǎn)設計、制造、裝配等整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行幾何量動態(tài)裁量，測量范圍延伸到幾十米，準確度為微米級，速度為10m/s，該系統(tǒng)的應用提高了車間智能制造水平，有利于汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新價值[2]。

納米級三坐標測量機作為具有代表性的納米測量儀器代表，可以對微米加工零件、光學元件、微機電系統(tǒng)等三維輪廓幾何量進行檢定。通過原子尺度量值溯源和傳遞校準納米測量儀器，構(gòu)建對應的標準評定方法，以滿足當前納米科學、生命科學以及材料科學的發(fā)展速度。例如，新一代原子尺度國家基準計量系統(tǒng)，發(fā)展重點在于掃描電鏡、X射線衍射儀等方面，進一步推進我國納米計量和測量技術(shù)實現(xiàn)通用化。

（二）計量模式

現(xiàn)代制造行業(yè)中，系統(tǒng)管理、信息、機器人、測量、儀器等技術(shù)融合建立了相對完善先進的閉環(huán)制造系統(tǒng)，也成為當前主要趨勢。計量型儀器需要進入到生產(chǎn)現(xiàn)場，并與生產(chǎn)線相融入，使整個生產(chǎn)過程能夠被有效監(jiān)控。與此同時，隨著動態(tài)目標跟蹤監(jiān)視應用越發(fā)廣泛，動態(tài)目標空間姿態(tài)計量也十分重要。在復雜零件形態(tài)檢測過程中，基于運動的一種虛擬綜合測量模式背應用，由此計量模式逐漸從非現(xiàn)場計量逐漸發(fā)展到了現(xiàn)場在線計量領域中，靜態(tài)計量也逐漸發(fā)展到了靜態(tài)和動態(tài)同步進行的計量領域中[3]。例如，在飛機生產(chǎn)安裝中應用基于模型定位技術(shù)，采用坐標測量、激光跟蹤、激光掃描等數(shù)字檢測技術(shù)可以對大尺度零件和動態(tài)安裝復雜零件進行三維幾何量檢定，使計量標準裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場集成金鉤構(gòu)成組合式的測量系統(tǒng)溯源體系，有利于推動先進制造領域的迅速發(fā)展。

（三）計量形態(tài)

深入挖掘、融合不同測量信息能夠進行多幾何參數(shù)并行計量。例如，在對結(jié)構(gòu)復雜零件進行三維幾何參量測量時需要采用多傳感器融合方式。工業(yè)機器人需要憑借本身空間方位控制準確度以及操作器幾何參數(shù)準確度保障位姿準確度。大尺寸構(gòu)建對應每段尺寸需要實現(xiàn)標準化，進而準確控制每段幾何量信息，使拼接完成的整體工件幾何尺寸、形態(tài)、位置保持準確性。數(shù)控化以及信息化基礎上監(jiān)理的分布式網(wǎng)絡化測量系統(tǒng)可以達到資源共享、協(xié)同工作、分散操控和集中管理的作用，有利于統(tǒng)一溯源產(chǎn)品鏈幾何量[4]。

除此之外，儀器系統(tǒng)性能中涉及的參數(shù)類型比較多，測量問題不僅受制于幾何量。尤其是對于微米納米尺度計量而言，測量儀器系統(tǒng)相較于常規(guī)系統(tǒng)而言二者差距較大，幾何量和非幾何量計量要實現(xiàn)同步交叉進行。例如，電容式位移控制懸臂原子力顯微鏡，利用高分辨力表面和微結(jié)構(gòu)物理相互作用能夠測量亞納米級微形態(tài)和尺寸。在我國醫(yī)療健康、先進制造等關(guān)鍵領域中，微納器件和微納系統(tǒng)需求量大，發(fā)展也比較迅速，也表現(xiàn)出了明顯的幾何量和非幾何量計量交叉同步現(xiàn)象。

二、幾何量計量新型服務認識

當前，隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，在此基礎上智慧城市也得到了迅速放按照，互聯(lián)網(wǎng)+教育/交通/醫(yī)療/金融等新業(yè)態(tài)實現(xiàn)了迅速發(fā)展、專項，隨之而來的“互聯(lián)網(wǎng)+”檢測服務也應運而生，同時推動力檢測技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展[5]。將檢測服務管理和信息技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成規(guī)范、高效、便捷的人性化服務，同時使企業(yè)和檢測機構(gòu)能夠彼此了解，讓企業(yè)解決檢測需求，進而提高檢測服務管理質(zhì)量。

結(jié)束語：

綜上所述，幾何量計量在航空航天、風電核電、集成電路、高鐵飛機等領域中的應用廣泛。隨著先進制造業(yè)的發(fā)展，各種技術(shù)在其中的應用使得制造業(yè)發(fā)展朝向數(shù)字化、智能化、交叉綜合化、精密微型化等方向，幾何量計量技術(shù)需要以發(fā)展眼光面對各種挑戰(zhàn)，推動新型計量模式的發(fā)展，提高計量準確性和穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]李亞男.國家重大技術(shù)裝備幾何量計量站[J].中國計量，2020，No.290（01）：30-32.

[2]黃博雅[1].光譜共焦技術(shù)在精密幾何量計量測試中的應用[J].輕松學電腦，2019，000（004）：1-1.

[3]李東升.幾何量計量測試技術(shù)及儀器的若干新進展[J].上海計量測試，2006，033（001）：6-9.

[4]高思田，李琪，施玉書，等.我國微納幾何量計量技術(shù)的研究進展[J].儀器儀表學報，2017，38（008）：1822-1829.

[5]才玲英."變形量塊"在幾何量計量工作中的重要作用[J].工業(yè)計量，2012（S2）：33-35.