機械制造領域測量技術的發(fā)展研究

唐明幸

摘要：測量技術是機械制造領域十分重要的組成部分，因為其特殊性，被稱為機械制造行業(yè)的眼睛。機械制造技術中的創(chuàng)新以及應用，直接決定了測量技術的發(fā)展方向?，F階段，我國在經濟以及技術上的發(fā)展是比較快速的，而測量技術的先進程度則成為我國未來幾年制造行業(yè)發(fā)展的關鍵。本文主要對機械制造測量理論進行系統(tǒng)化的分析，然后根據我國機械制造行業(yè)的發(fā)展特點，來對未來幾年機械制造領域測量技術進行預測，這對于機械制造行業(yè)的發(fā)展來講是非常重要的。

關鍵詞：機械制造;測量技術;發(fā)展方向

機械制造行業(yè)測量技術主要從兩個方面進行闡述，即機械設備的測量和加工測量。前者主要是對機械加工設備的一系列性能進行測量，包括機床及其連帶設備的力學、運動學等測試。后者則是就被加工對象的幾何測量為主。對于機械制造行業(yè)來講，幾何測量占據了大多數。

一、測量技術理論概述

在開展測量的時候，人們需要制定切實可行的測量方案，完善測量系統(tǒng)，構建測量模型，最后利用測量軟件進行程序測量。在測量的時候，需要很多的測量理論進行支撐，其中最為關鍵的理論便是誤差理念。由于測量理論之間存在著的差異性，可以將其劃分為兩種，即靜態(tài)和動態(tài)的測量理論。

（一）靜態(tài)測量精度理論

目前，該種測量精度理論已經相對成熟，在機械制造測量工作中的應用比較常見，我們可將靜態(tài)測量精度理論概括為幾下特征。

1.系統(tǒng)誤差特征

系統(tǒng)誤差需要遵守確定性規(guī)律。系統(tǒng)誤差是能夠進行補償的，但是這種誤差補償本身也會存在著一定的誤差。

2.隨機誤差特征

隨機誤差需要遵守隨機分布的規(guī)律。在處理隨機誤差的時候，往往按照隨機分布的統(tǒng)計原理進行處理。

3.粗大誤差特征

粗大誤差具有較高的偶然性，沒有固定的規(guī)律。不過因為粗大誤差對于測量的影響比較大，因此在處理粗大誤差的時候需要提高警惕性，否則測量很有可能出現大問題。

4.測量不確定度特征

在處理不確定度的時候，不僅僅需要給出相應的測量值，還要對該測量值的不確定度進行分析。在傳統(tǒng)的測量準確度分析上，一般是以真值作為標準，對測量進行范圍評定?，F階段的測量準確度，則是以實際測量值為標準，對真值的分部進行判定。將實際測量值作為標準，相比于具有未知性的真值來講具有更強的操作性。

5.測量誤差的分解特征

測量誤差是將不同的環(huán)節(jié)組合在一起，然后有針對性地采取對應手段，來盡可能地減小測量誤差。其中在分解測量誤差的時候，需要運用到尺寸鏈理論。

二、動態(tài)測量精度理論

在測量領域，動態(tài)化的精度測量是非常重要的，其技術要求比較高，測量也更加精準，不過它的成熟度相對較差。因為該理論尚且處于一個起步階段，很多內容還在研究的過程中，比較復雜。正是因為動態(tài)測量精度理論的各方面都不完善，所以實際應用存在著很大的限制。

（一）全系統(tǒng)動態(tài)測量精度理論

該測量精度理論的基礎是全面誤差源。在檢測的時候需要對內部的組成部分誤差以及內外干擾因素進行分析，用來彌補傳統(tǒng)測量系統(tǒng)中較為常用的黑箱處理方案，進而構建不同單元的誤差傳遞函數，同時還要根據系統(tǒng)的傳輸關系來構建動態(tài)測量系統(tǒng)中的誤差模型，近而獲得可以反應實際情況的動態(tài)測量精度。只不過這種精度理論尚且沒有得到廣泛的應用

（二）誤差分離與補償技術

誤差分離與補償技術在動態(tài)測量系統(tǒng)中占據著比較關鍵的地位。由于應用的情況存在著一定的差異，導致誤差分離手段也存在著不同。這意味著誤差分離存在著一定的局限條件。為了對分離和補償技術進行完善，提出了很多切實可行的方法。但是國內研究進展比較緩慢。

（三）誤差分解與溯源理論

在全系統(tǒng)動態(tài)精度理論中，同樣存在著誤差分解，且誤差分解和溯源理論緊密地聯系在一起。想要有效的應用誤差分解理論，需要對測量系統(tǒng)內部的各個結構單元進行深入的分析，從而找出誤差較大的部分，進而從源頭上尋找到誤差，進而采取相應的手段來提升測量系統(tǒng)的精度。

（四）動態(tài)測量的精度診斷技術

精度損失診斷技術是一種逆向應用，它同樣將誤差分解和溯源理論作為基礎。主要應用在測量被測對象的精度上。

三、機械測量學科未來發(fā)展中的重要科技問題及發(fā)展趨勢預測

機械測量技術對于該行業(yè)有著較大的影響技術，雖然現階段測量技術大多是比較傳統(tǒng)的幾種，但是在機械制造領域中，未來幾年，測量技術可能會得到迅猛的發(fā)展。那么機械測量存在著哪些問題？以及對應的處理方法是什么呢？

（一）機械制造中的全新測量技術問題研究

在機械制造測量之中經常會利用到各種全新的測量手段，如納米級別的超精密測量、超大尺寸的精密測量、數字化測量等。在未來的機械制造中，甚至還可能出現精密度更高的激光測量和電磁波測量。不過這些測量技術難度較高，且應用的空間較小，一般都是應用在測量尺寸或者測量規(guī)模較大的行為上，例如長度高達幾十米的同軸度測量，或者某個平面上的超大平面測量。雖然測量的尺寸和規(guī)模較大，但是對于精度的要求依然嚴格，如對于空間位置的測量、軸距測量這些內容一般都需要達到微米級的單位。如果不采用這些高精端的尺寸測量方式，很難達到相應的要求。此外在進行空間定位測量的時候，無導軌測量技術以及高速坐標跟蹤測量技術可以發(fā)揮出較為出眾的作用，尤其是高速跟蹤測量技術，其跟蹤速度可以達到每秒10米。在這種技術的基礎上，定位測量以及幾何測量可以達到幾毫米到幾十微米的誤差。這些全新測量技術可以為機械制造帶來全新的變革。不過，目前大多測量手段都是在同一維度的。隨著科學技術的發(fā)展，尺寸測量可能還會從一維測量向著多維測量的方向發(fā)展，誤差補償也可以達到納米量級。

（二）計量學的相關問題研究

計量學主要研究的問題是基標準以及相關測量理論的研究，爭取達到自校準和自標定的目標。在未來的發(fā)展中，免形狀測量便會應用在機械制造行業(yè)之中，并進行大規(guī)模的使用。何為免形狀測量？在測量的過程中，沒有必要去糾結被測對象的形狀，即使不知道它的相關參數，仍然可以測量出它的幾何尺寸以及形狀誤差。這種高精端測量的思路主要是獲取與被測對象輪廓一致的數據微粒，然后得到該數據微粒輪廓的幾何特征。于此同時，建立與該輪廓相關的測量模型，利用數據處理軟件以及誤差分析軟件，將數據為例輪廓與理論模型進行對比，然后根據幾何形狀類型判斷準則，來確定被測對象的形象以及誤差。

免形狀測量的應用能夠明顯解決掉三個問題，即模型構建、形狀判定以及形狀誤差分析。將此測量手段應用在機械制造之中，可以凸顯出以下優(yōu)勢。首先，儀器本身就是一個可操作性的平臺，不受被測對象的束縛。其次，可以反向推理出位置的形狀。最后則是可以減少其他測量工具的使用。這意味著機械制造測量人員的工作強度大大下降，在其他設備上的資金投入也顯著降低。

除了上述的免形狀測量之外，基于運動的虛擬綜合測量模式也會在未來的機械制造行業(yè)進行有效的應用。這種測量技術主要是針對傳統(tǒng)的螺紋測量手段來講的。該測量技術手段主要是依靠傳感器這種工具。在傳感器的運動下，可以獲得虛擬的數字輪廓。這種數字化輪廓既可以模擬實體的測量表面，也可以根據傳感信號來得到實體的對應參數，在輔以相應的數據分析方法，便可以得到被測螺紋的大體形狀以及位置誤差。與傳統(tǒng)的綜合測量方法相比較，該方法不僅可以判斷生產的螺紋是否符合標準，更是可以直接給出具體的參數。不過這種測量手段對于傳感技術和數字化技術的要求比較高，在短時間很難進行應用。但是如果這種手段問世，并將其應用在螺紋的設計與測量上，可以得到高精度的螺紋。

（三）基于新型傳感原理的測量儀器

伴隨著物理原理以及科學技術的進步，全新的測量儀器逐漸應用在了機械制造行業(yè)之中，解決了傳統(tǒng)測量手段中存在著的各項問題，以新型賽曼——雙折射雙拼激光器為例，該測量儀器主要是借助雙拼干涉儀來提升測量速度。再比如，自定標位移傳感器則是借助激光腔鏡中的兩偏振光讓測量更加準確。這些全新的測量儀器大多是以傳感或者遙感技術為核心。之所以這種類型的設備還沒有出現便是因為我國的傳感以及遙感技術還處于發(fā)展的階段。

（四）抗干擾能力強、可靠性強的測量技術

在機械制造中，抗干擾能力以及可靠性強的測量技術很重要。在對被測對象進行測量的時候，常常會遇到測量環(huán)境比較惡劣的問題，而適當的誤差補償技術則可以有效彌補因為環(huán)境惡劣而導致的測量數據誤差過大問題。目前，車床誤差補償主要是存在于機構誤差以及熱形變誤差之中。神經網絡與建模的方法在機床熱變形補償中也已經取得了一定的功效。如果針對其薄弱項目進行進一步的完善，那么勢必會在機床誤差補償中廣泛應用。對于一些高精度的機床，普通補償方法存在著較大的局限性，而實時補償則是可以顯著改善這種問題，進而彌補傳統(tǒng)補償方法的劣勢。尤其是在測量一些不符合剛體模型的零件時，實施補償的優(yōu)勢將會體現得淋漓盡致，不僅可以給定測量范圍，還可以實現最佳補償。

（五）小尺寸零件的測量技術

在測量的過程中，小尺寸零件也是比較常見的測量內容。在對這些小尺寸零件進行測量的時候，傳統(tǒng)的測量方法很難保證精度，因此，需要采用一些較為特殊的測量手段。例如，在靶向測量技術便是測量小尺寸零件的重要工具。不過這種技術及其配套工具尚且處于研發(fā)階段，相信用不了多久便可以正式應用在測量系統(tǒng)中。

四、結語

總體來講，我國在機械制造數據測量方面雖然有著一定的進步，但是這種進步比較小，仍然存在著較大的發(fā)展空間。相信在不久的將來，各種高尖端的數據測量技術問世，將會促進機械制造行業(yè)的迅速發(fā)展。這就需要國家進一步加強在尖端技術領域的開發(fā)研究，重視新型科技人才以及一線操作人才的培養(yǎng)，形成較為完善的測量技術體系。

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