高精度幾何量測(cè)量技術(shù)、儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

【摘要】 本文主要就高精度幾何量測(cè)量技術(shù)和配套儀器設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀展開(kāi)分析，并契合實(shí)際情況進(jìn)一步探究測(cè)量技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 測(cè)量技術(shù);高精度;幾何量測(cè)量;儀器設(shè)備;發(fā)展趨勢(shì)

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.025

Present Situation and Development Trend of High Precision Geometric Measurement Technology and Instruments

YAO Xing-yu

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： This paper mainly analyzes the development status of high precision geometric measurement technology and supporting instruments and equipment，and further explores the future development trend of measurement technology in line with the actual situation.

Key words： measurementtechnology;high precision;geometric measurement;instrumentation;development trend

面對(duì)市場(chǎng)迅猛發(fā)展所提出的新要求，高精度的產(chǎn)品，成為了企業(yè)追求的主要方向，因此測(cè)量技術(shù)和儀器設(shè)備已經(jīng)成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中不可或缺的力量。為了在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存和發(fā)展，獲得更多用戶(hù)的支持，現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)開(kāi)始面向市場(chǎng)，積極整合現(xiàn)代化技術(shù)手段系統(tǒng)化發(fā)展，力求更好的滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展需求，推動(dòng)測(cè)量技術(shù)更高層次發(fā)展。

1 國(guó)內(nèi)外測(cè)量技術(shù)和儀器的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)內(nèi)測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)測(cè)量技術(shù)和儀器設(shè)備不斷發(fā)展創(chuàng)新，在很大一段時(shí)間，已經(jīng)距離國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家水平相差無(wú)幾，甚至部分項(xiàng)目已經(jīng)居于世界前列。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制作的測(cè)量?jī)x器設(shè)備類(lèi)型逐漸多樣化，如哈量集團(tuán)所開(kāi)發(fā)的CNC3920大型齒輪測(cè)量?jī)x，該儀器測(cè)量范圍最高達(dá)到2 m，可以滿(mǎn)足國(guó)際上的高精度測(cè)量需求，憑借其優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在我國(guó)的軍工、船舶以及重型機(jī)械等高精度加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，縮短了我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距[1]。盡管還有很多的精密量?jī)x制造企業(yè)，擁有諸多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但從整體上來(lái)看，我國(guó)的測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)仍然十分薄弱，相較于發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距并非是短期內(nèi)即可達(dá)到或超越，尤其是新型測(cè)量技術(shù)和儀器領(lǐng)域的創(chuàng)新力度差距尤為明顯。即便部分測(cè)量?jī)x器設(shè)備的精度和效率符合國(guó)際水平，但設(shè)備的穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步改善。最為典型的問(wèn)題，即高端測(cè)量產(chǎn)品設(shè)備多是從發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)口，很少可以看到國(guó)產(chǎn)設(shè)備的身影，這就導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，究其根本，其原因在于以下幾點(diǎn)：

1）自主創(chuàng)新能力差。相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)自主創(chuàng)新能力不足的問(wèn)題較為明顯，對(duì)國(guó)外產(chǎn)品依賴(lài)性較強(qiáng)，習(xí)慣性的跟風(fēng)模仿，卻少有原創(chuàng)開(kāi)發(fā)的儀器設(shè)備，難以滿(mǎn)足新時(shí)期的工程技術(shù)發(fā)展需要?，F(xiàn)有主流測(cè)量技術(shù)和儀器中，自主原創(chuàng)技術(shù)少之又少，長(zhǎng)此以往，與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的精密度制造技術(shù)的差距將越來(lái)越大，陷入到惡性循環(huán)，勢(shì)必遏制我國(guó)的測(cè)量技術(shù)研發(fā)和制造水平提升。

2）產(chǎn)業(yè)化水平不高，難以形成足夠的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合我國(guó)的測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展來(lái)看，技術(shù)領(lǐng)域上的研究成果較為豐富，很多已經(jīng)居于世界前列，但實(shí)際轉(zhuǎn)化率卻不高，產(chǎn)業(yè)化水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，自然難以形成足夠的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)量?jī)x中高端產(chǎn)品較少，利潤(rùn)率不高，致使研發(fā)投入成本不足，極大的遏制了我國(guó)測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展[2]。

1.2 國(guó)外測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展

相較于國(guó)內(nèi)的測(cè)量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，國(guó)外測(cè)量技術(shù)經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展逐漸趨于成熟，測(cè)量功能強(qiáng)大、可靠。如英國(guó)Renishaw公司推出的五軸掃描技術(shù)，是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)技術(shù)的一項(xiàng)革命創(chuàng)新。Renscan5TM作為一種新型技術(shù)，可以滿(mǎn)足高精度測(cè)量需要，提升測(cè)量效率和質(zhì)量，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)，測(cè)量速度最高可以達(dá)到500 mm/s，其中最早采用此項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品為REVOTM，兩回轉(zhuǎn)軸上使用超硬球形空氣軸承技術(shù)，設(shè)立一個(gè)剛性測(cè)量平臺(tái)，在掃描同時(shí)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零部件幾何形狀跟蹤監(jiān)控，將結(jié)構(gòu)誤差降到最低。

非接觸式高速測(cè)量技術(shù)的誕生，主要是滿(mǎn)足加工制造規(guī)模不斷擴(kuò)大帶來(lái)的挑戰(zhàn)，可以滿(mǎn)足一些復(fù)雜、大型零件測(cè)量需要，還可以使用多關(guān)節(jié)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量，但此種方法在實(shí)際應(yīng)用中精度和效率會(huì)受到諸多因素所影響，導(dǎo)致加工質(zhì)量下降。西方歐美國(guó)家近些年來(lái)開(kāi)始引入激光非接觸測(cè)量技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)是依據(jù)光學(xué)原理研發(fā)，具有覆蓋范圍大、掃描速度快和測(cè)量精度高的優(yōu)勢(shì)。其中美國(guó)ZYGO公司研發(fā)的NEW VIEW7000系列三坐標(biāo)表面形狀測(cè)量機(jī)，縱向分辨率達(dá)到了0.1 nm，可以實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量精密加工零件的細(xì)微形狀。另外，測(cè)量范圍最大值為150 mm×150 mm，配備獨(dú)家研發(fā)的高速解析軟件，自動(dòng)化水平更高，操作更加便捷[4]。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量

現(xiàn)代制造業(yè)不斷朝著更高層次發(fā)展，相較于傳統(tǒng)制造業(yè)而言，涌現(xiàn)出很多新式制造技術(shù)和理念，伴隨著計(jì)量手段多樣化發(fā)展同時(shí)，測(cè)量技術(shù)也開(kāi)始面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程提供完整的參數(shù)，促使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)多功能結(jié)合在一起。通過(guò)此種方式，形成具備一定自主感知能力的智能制造系統(tǒng)，相對(duì)應(yīng)的促進(jìn)了測(cè)量技術(shù)進(jìn)入制造現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)展，滿(mǎn)足加工制造在線測(cè)量需要。基于現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)量技術(shù)，可以讓定位時(shí)間大大縮短，將誤差控制在最小化，提升產(chǎn)品的加工效率與質(zhì)量。如OPTON公司研發(fā)的一款高速3D攝像機(jī)，在一定范圍內(nèi)可以獲取產(chǎn)品形狀數(shù)據(jù)，自動(dòng)化計(jì)算后顯示結(jié)果。此項(xiàng)技術(shù)多是用于波面觀察和在線測(cè)量等領(lǐng)域，技術(shù)較為可靠[5]。

2 高精度幾何量測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展趨勢(shì)

工程技術(shù)的發(fā)展同時(shí)，推動(dòng)了現(xiàn)代化制造業(yè)發(fā)展，同時(shí)也在無(wú)形中帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)和儀器的創(chuàng)新發(fā)展。光機(jī)電一體化發(fā)展多年，激光非接觸測(cè)量技術(shù)憑借其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在實(shí)際加工制造中廣泛應(yīng)用，具有高精度、高效率的優(yōu)勢(shì)，屬于目前世界上前沿的測(cè)量技術(shù)之一。此項(xiàng)技術(shù)可以彌補(bǔ)測(cè)量技術(shù)的接觸測(cè)量局限性，最大程度上規(guī)避主客觀因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，操作便捷，可以提供精準(zhǔn)可靠的測(cè)量結(jié)果[6]。

因此，未來(lái)測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展，主要朝著微米級(jí)和納米級(jí)方向發(fā)展，并進(jìn)一步提升測(cè)量分辨率;圖像處理技術(shù)的融合應(yīng)用;點(diǎn)測(cè)量開(kāi)始朝著面測(cè)量方向發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)測(cè)量精度大幅度提升;測(cè)量機(jī)的功能綜合化發(fā)展，在增加檢測(cè)項(xiàng)目同時(shí)，檢測(cè)范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大，一臺(tái)測(cè)量機(jī)可以滿(mǎn)足不同測(cè)量對(duì)象檢測(cè)需要。

3 結(jié)論

綜上所述，測(cè)量技術(shù)和儀器是社會(huì)生產(chǎn)生活不可或缺的技術(shù)之一，在工業(yè)化生產(chǎn)中可以有效降低誤差，提升產(chǎn)品加工制造效率和質(zhì)量。因此，未來(lái)推動(dòng)高精度幾何量測(cè)量技術(shù)和儀器發(fā)展，需要注重汲取國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)量技術(shù)，以求提升我國(guó)的測(cè)量技術(shù)水平，在激烈競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)更大優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡(jiǎn)介】

姚興宇（1981-），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)榫€紋檢測(cè)技術(shù)。