在構(gòu)建高質(zhì)量產(chǎn)品的制造和高效率生產(chǎn)環(huán)境的過(guò)程中，測(cè)量技術(shù)起到了很大的作用叠国，其重要性與日俱增未檩，尤其是在生產(chǎn)國(guó)際化、全球經(jīng)濟(jì)一體化迅速發(fā)展的時(shí)期粟焊，要求不同地區(qū)生產(chǎn)的高精度零部件冤狡，必須具有良好的互換性，因此项棠，急需建立一種基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的擁有極佳測(cè)量精度及可靠性的測(cè)量體制悲雳。為了滿足上述要求，精密測(cè)量?jī)x器必須具有更高的精度香追、質(zhì)量和可靠性俊瞬。各個(gè)儀器生產(chǎn)廠商也都在積極開(kāi)發(fā)功能更強(qiáng)、服務(wù)性能更好的新產(chǎn)品带漆，而從中我們可以看到測(cè)量?jī)x器的最新動(dòng)向兑蹈。

1 目前測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與學(xué)科前沿

1.1發(fā)展趨勢(shì)

測(cè)量技術(shù)與儀器涉及所有物理量的測(cè)量，對(duì)于材料狐绽、工程科學(xué)污祭、能源科學(xué)關(guān)系密切锐校。目前的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)：

(1)以自然基準(zhǔn)溯源和傳遞，同時(shí)在不同量程實(shí)現(xiàn)國(guó)際比對(duì)慨蜒。如果自己沒(méi)有能力比對(duì)就要依靠其它國(guó)家矮按。

(2) 高精度。目前半導(dǎo)體工藝的典型線寬為0.25μm歉羹，并正向0.18μm過(guò)渡痊缎，2009年的預(yù)測(cè)線寬是0.07μm。如果定位要求占線寬的1/3季键，那么就要求10nm量級(jí)的精度，而且晶片尺寸還在增大补颗，達(dá)到300mm可都。這就意味著測(cè)量定位系統(tǒng)的精度要優(yōu)于3×10-8次方，相應(yīng)的激光穩(wěn)頻精度應(yīng)該是10-9 次方數(shù)量級(jí)蚓耽。

(3)高速度渠牲。目前加工機(jī)械的速度已經(jīng)提高到1m/sec以上，上世紀(jì)80年代以前開(kāi)發(fā)研制的儀器已不適應(yīng)市場(chǎng)的需求步悠。例如惠普公司的干涉儀市場(chǎng)大部分被英國(guó)ReNIshaw所占領(lǐng)签杈，其原因是后者的速度達(dá)到了1m/sec。

(4)高靈敏鼎兽，高分辨答姥，小型化。如將光譜儀集成到一塊電路板上谚咬。

(5)標(biāo)準(zhǔn)化鹦付。通訊接口過(guò)去常用GPIB、RS232择卦，目前有可能成為替代物的高性能標(biāo)準(zhǔn)是USB敲长、IEEE1394和VXI。現(xiàn)在秉继，技術(shù)領(lǐng)先者設(shè)法控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)爬账，參與標(biāo)準(zhǔn)制訂是儀器開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)研究工作之一。

1.2學(xué)科前沿

(1)配合數(shù)控設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新

數(shù)控設(shè)備的主要誤差來(lái)源可分為幾何誤差和熱誤差折司。對(duì)于重復(fù)出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差横罪，可采用軟件修正;對(duì)于隨機(jī)誤差較大的情況，要采用實(shí)時(shí)修正方法负腻。對(duì)于熱誤差嫡笔，一般要通過(guò)溫度測(cè)量進(jìn)行修正。我國(guó)機(jī)床行業(yè)市場(chǎng)萎縮同時(shí)又大量進(jìn)口國(guó)外設(shè)備的原因之一就是因?yàn)檫@方面的技術(shù)沒(méi)有得到推廣應(yīng)用淡窘。為此辞仇，需要高速多通道激光干涉儀：其測(cè)量速度達(dá)60m/min以上鹏汁，采樣速度達(dá)5000次/sec以上，以適應(yīng)熱誤差和幾何誤差測(cè)量的需要板拂】囊眨空氣折射率實(shí)時(shí)測(cè)量應(yīng)達(dá)到2×10-7次方水平，其測(cè)量結(jié)果和長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果可同步輸入計(jì)算機(jī)嬉竞。

(2)運(yùn)行和制造過(guò)程的監(jiān)控和在線檢測(cè)技術(shù)

綜合運(yùn)用圖像光叉、頻譜、光譜挚躯、光纖以及其它光與物質(zhì)相互作用原理的傳感器具有非接觸强衡、高靈敏度、高柔性码荔、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)漩勤。在這個(gè)領(lǐng)域綜合創(chuàng)新的天地十分廣闊，如振動(dòng)缩搅、粗糙度越败、污染物、含水量硼瓣、加工尺寸及相互位置等的測(cè)量究飞。

(3)配合信息產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)科學(xué)的技術(shù)創(chuàng)新

為了在開(kāi)放環(huán)境下求得生存空間，沒(méi)有自主創(chuàng)新技術(shù)是沒(méi)有出路的堂鲤。因此應(yīng)該根據(jù)有專利權(quán)亿傅、有技術(shù)含量、有市場(chǎng)等原則選擇一些項(xiàng)目予以支持筑累。根據(jù)當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀袱蜡，信息、生命醫(yī)學(xué)疗刮、環(huán)保吞瘸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域需要的產(chǎn)品應(yīng)給予優(yōu)先支持。如醫(yī)學(xué)中介入治療的精密儀器設(shè)備忿迷、電子工業(yè)中的超分辨率光刻和清潔方法械与、機(jī)理研究等。 在基礎(chǔ)研究的初期纫惰，對(duì)于能否有突破性進(jìn)展是很難預(yù)測(cè)的梅柑。但是，當(dāng)已經(jīng)取得突破性進(jìn)展時(shí)瓢疤，則需要有一個(gè)轉(zhuǎn)化機(jī)制以進(jìn)入市場(chǎng)脯牛。

2 數(shù)字化精密測(cè)量技術(shù)

數(shù)字化精密測(cè)量技術(shù)是數(shù)字化制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。開(kāi)發(fā)亞微米窥窜、納米級(jí)高精度測(cè)量?jī)x器仪彪，提高環(huán)境適應(yīng)能力原俘，增強(qiáng)魯棒性，使精密測(cè)量裝備進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)蒲坐，集成到加工機(jī)床和制造系統(tǒng)竿刁，形成先進(jìn)的數(shù)字化閉環(huán)制造系統(tǒng)，是當(dāng)今精密測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)搪缨。

美國(guó)FA RO技術(shù)公司的FaroARM系列便攜式三坐標(biāo)測(cè)量臂在工業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂與激光掃描頭的完美結(jié)合食拜，在同一坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)非接觸式快速掃描和接觸式測(cè)量。特點(diǎn)：非接觸式靈活快速掃描副编，獲取曲線曲面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)负甸，點(diǎn)云無(wú)分層;接觸式測(cè)量，把握關(guān)鍵特征尺寸與輪廓的精度;非接觸式與接觸式測(cè)量在同一坐標(biāo)系下完美結(jié)合痹届，掃描沒(méi)有任何分層;掃描頭與測(cè)量臂及測(cè)量軟件同為FARO公司產(chǎn)品惑惶，技術(shù)完全共享，服務(wù)更加方便短纵。在實(shí)際應(yīng)用中為客戶大大縮短設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造周期，降低成本僵控，質(zhì)量控制可以在內(nèi)部完成香到，自動(dòng)生成的報(bào)告適用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，從而改善了各生產(chǎn)職能部門之間及實(shí)際不同地點(diǎn)間的溝通;提高了準(zhǔn)確性报破，做產(chǎn)品檢驗(yàn)時(shí)用戶通常通過(guò)5到10個(gè)點(diǎn)來(lái)定義曲面悠就，使得用戶可以檢驗(yàn)由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的點(diǎn)云定義的曲面質(zhì)量;自動(dòng)化的SPC可對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行自動(dòng)化的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制。

美國(guó)CIMCORE公司推出了配備有先進(jìn)激光掃描測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)烘梭。材料采用碳纖維阴应，INFINITE系列還具有無(wú)線通訊功能。用于反求工程時(shí)螺子，不僅測(cè)量速度快姚沽，而且可實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的實(shí)時(shí)顯示和補(bǔ)漏測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)縫拼接。該儀器可用于三坐標(biāo)測(cè)量偏笋、三維造型蟹助、產(chǎn)品測(cè)繪、反求工程莱艺、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量以及模具設(shè)計(jì)制造等涉及到設(shè)計(jì)捉痰、制造、過(guò)程檢測(cè)榄集、在線檢測(cè)以及產(chǎn)品最終檢測(cè)等測(cè)量工作湖吭。

瑞士TESA公司的Scan系列用2個(gè)線陣CCD組件，通過(guò)工件的回轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行投影掃描苗率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)軸類零件位置誤差和形狀誤差的精確檢測(cè)碉渡、對(duì)截面形狀和輪廓度的評(píng)估比較以及統(tǒng)計(jì)質(zhì)量分析聚谁，還能對(duì)零件的局部(如過(guò)渡曲線、微小溝槽等)進(jìn)行放大測(cè)量爆价。對(duì)螺紋垦巴、蝸桿、絲桿等能夠進(jìn)行全參數(shù)精度的精確測(cè)量铭段。

德國(guó)SCHNEIDER的WMM系列軸類及工具測(cè)量?jī)x操作簡(jiǎn)單骤宣、測(cè)量速度高，特別適用于車間檢查站序愚。儀器采用高分辨力的 Matrix攝像頭憔披，可以快速獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。儀器數(shù)顯分辨力為0.0001mm爸吮，長(zhǎng)度測(cè)量不確定度為E2=(2.0+L/200)μm(L單位為mm)芬膝。

數(shù)控機(jī)床的精度和性能檢測(cè)領(lǐng)域中，國(guó)外著名廠商Renishaw形娇、API及HP等公司生產(chǎn)的激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)和球桿儀等在數(shù)控機(jī)床的幾何精度和運(yùn)動(dòng)精度的檢測(cè)和監(jiān)控中锰霜，無(wú)論在機(jī)床制造廠還是機(jī)床使用廠，都得到了廣泛的應(yīng)用桐早。Renishaw公司的激光干涉測(cè)量系統(tǒng)谊某，配備了高精度、高靈敏度的溫度箕但、氣壓订岗、濕度傳感器及EC10環(huán)境補(bǔ)償裝置，在工作環(huán)境下測(cè)量精度得到進(jìn)一步提高;API公司的Rmtea六維激光測(cè)量系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量6個(gè)數(shù)控機(jī)床精度項(xiàng)目的誤差饰逝，縮短了檢測(cè)時(shí)間囊骆，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控機(jī)床的檢測(cè)和診斷提供了更為快速高效的精密測(cè)量手段。成都工具研究所的MJS系列雙頻激光干涉儀文浆，分辨力 0.01μm筏匪，測(cè)量軟件覆蓋了我國(guó)和世界主要工業(yè)國(guó)的數(shù)控機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定方法和指標(biāo)，動(dòng)態(tài)采樣功能可用于自動(dòng)補(bǔ)償升价。

在非接觸掃描測(cè)量籍囱，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)方面LEITZ公司的精密三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用于測(cè)量大型齒輪。瑞典HEXAGON集團(tuán)所屬DEA公司的PRIMA C1系列水平臂測(cè)量機(jī)配備有光學(xué)/激光式非接觸掃描傳感器茶括，可適應(yīng)不同測(cè)量環(huán)境和任務(wù)的要求烤脾。德國(guó)ZEISS公司的PROR Premium坐標(biāo)測(cè)量機(jī)配備有EagleEye導(dǎo)航系統(tǒng)和可控測(cè)座可實(shí)施高速精密測(cè)量。

美國(guó)光動(dòng)(Optodyne)公司近年推出的基于體對(duì)角線的激光矢量測(cè)量技術(shù)是快速測(cè)量和補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床诅福、加工中心三維空間位置誤差的一個(gè)新途徑匾委。該技術(shù)由美國(guó)光動(dòng)公司發(fā)明并獲得專利，它遵循了ASME B5.54。我國(guó)西安愛(ài)德華測(cè)量機(jī)公司自主開(kāi)發(fā)的柔性關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)的樣機(jī)。

德國(guó)帝目機(jī)械設(shè)備有限公司(teamtechnik)提供的測(cè)試系統(tǒng)解決方案÷儋耍基于設(shè)備功能組成部分的模塊化屉争。獨(dú)立于所測(cè)試的零件晤柄，功能元件被標(biāo)準(zhǔn)化為模塊，并在應(yīng)用過(guò)程中始終保持一致。設(shè)備以被測(cè)試的零件為中心，這樣經(jīng)過(guò)試用檢驗(yàn)的技術(shù)就能夠不斷的積累和提高斩松。

3 提高測(cè)量技術(shù)的重要性

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇觉既，制造業(yè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率不斷提高惧盹，長(zhǎng)期處于不景氣的測(cè)量?jī)x器生產(chǎn)也有較大的增長(zhǎng)。日本通商產(chǎn)業(yè)省機(jī)械統(tǒng)計(jì)資料表明瞪讼，2003年精密測(cè)量機(jī)(含光學(xué)測(cè)量機(jī))的產(chǎn)值比2002年增長(zhǎng)20.7%钧椰，2004年1～6月，比2003年同期增長(zhǎng)22.1%殖祈。

目前刻吵，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)非常重視提高加工效率和降低生產(chǎn)成本，其中粮戈，最重要的便是生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品票援。為此，必須實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理闰幽，只有在保證高質(zhì)量生產(chǎn)的前提下，制造業(yè)才能生存和發(fā)展校社。作為保證制造業(yè)順利發(fā)展的重要手段屯贺，高精度零部件構(gòu)成的加工機(jī)床和由高精度測(cè)量?jī)x器組合集成的加工生產(chǎn)線構(gòu)建成的自律式加工系統(tǒng)，是很有必要的欠怕。據(jù)此可以預(yù)計(jì)摸进，今后，市場(chǎng)對(duì)用于質(zhì)量管理的測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)器設(shè)備的需求將不斷增長(zhǎng)潘所。

制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)測(cè)量?jī)x器及裝置的要求大致如下：①能夠適應(yīng)廣泛范圍的環(huán)境溫度;②抗污染和防振動(dòng)性能優(yōu)異;③測(cè)量重復(fù)精度高;④使用方便挽晌。目前，各廠家以便于在加工環(huán)境使用為前提怠褐，正積極地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品畏梆，這些新產(chǎn)品能夠進(jìn)行高速、高精度測(cè)量奈懒，而且穩(wěn)定性極佳奠涌，操作便捷。

在測(cè)量技術(shù)方面，日本精密測(cè)量?jī)x器工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事龜井明敏指出：“任何一種加工設(shè)備溜畅，無(wú)論其多么先進(jìn)捏卓，均會(huì)出現(xiàn)由熱變形引起的偏移和由工具磨損產(chǎn)生的誤差，而要掌握這些偏移和誤差慈格，則必須依靠測(cè)量技術(shù)怠晴。”龜井認(rèn)為浴捆，在現(xiàn)場(chǎng)加工過(guò)程中蒜田，進(jìn)行測(cè)量作業(yè)的目標(biāo)應(yīng)該是：“①判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否合格：即在加工過(guò)程中配置測(cè)量環(huán)節(jié)，保證其能夠進(jìn)行最終加工;②檢測(cè)工具磨損汤功、熱變形等引起的誤差：根據(jù)輸出的補(bǔ)償信號(hào)物邑，采取相應(yīng)的措施;③選取生產(chǎn)節(jié)拍和制品精度的最佳配合：不僅要保證所選適應(yīng)技術(shù)等絕對(duì)精度，還應(yīng)保證獲得相對(duì)精度吟芜，從而提高總體生產(chǎn)效率耻覆。在這些過(guò)程中，測(cè)量技術(shù)起著舉足輕重的作用夯榛∮叮”

4 提高測(cè)量技術(shù)的認(rèn)識(shí)

在汽車零件及其它各種機(jī)械零件的測(cè)量中，目前已大量采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)杯岩，在電氣及電子零件測(cè)量方面朽慕，則大量采用顯微鏡或圖像測(cè)量?jī)x。隨著加工精度的提高测脯，測(cè)量精度的要求也不斷提高盹挑。目前，測(cè)量精度達(dá)1μm以內(nèi)的超高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)荐多、顯微鏡假刘、圖像測(cè)量機(jī)等已開(kāi)始普及。其中候殿，初項(xiàng)誤差為0.35μm的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已投放市場(chǎng)判哥。另外，整個(gè)零件均采用攝像頭或激光進(jìn)行測(cè)量碉考，并可對(duì)尺寸測(cè)量及整體形貌進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)量機(jī)也已大量使用塌计。

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