運行參數測量的研究

韓瑞+蘭建利+劉文健

摘 要：機械制造與運行參數測量是針對機械工程學科發展過程中科研或工程中的需要，對具體的測量問題提出解決方案，并經過更深層次的歸納總結和提煉，得出更為基礎、更具普適性的共性測量方法，在技術或工程上得到提高推廣。按照測量技術的應用場合，可以分為加工和運行過程中的在線測量和對加工后產品的測量，前者旨在為加工制造水平的提升或機械系統的安全運行提供測試方面的技術支撐；后者探索和研究新的測試理論與方法，以解決計量測試領域的一些共性問題，同時也針對具體問題研究新的測量系統與誤差理論。測量學科的發展目標是積極應對這些挑戰，并根據國家重大工程背景需求和學科發展趨勢，挖掘機械測試領域一些支撐近期并牽引未來的基礎性共性測量問題，如測量范圍變化導致的測量精度問題、測量環境變化導致的干擾問題、測量參量增多導致的誤差耦合問題以及測量精度提高導致的現場溯源問題等。

關鍵詞：運行參數；中國制造；測試技術；機械制造

1 運行參數測量的內涵及研究范圍

1.1 內涵

機械的制造與運行參數測量涉及面廣，無論是在機械加工、裝配過程中還是加工產品的檢驗都離不開測量。本文中所指的機械制造參數主要是加工過程中或加工完成后產品的各種靜態參數，而機械運行參數主要是加工過程中或系統運行中的動態參數，但多數情況下，動、靜態參數是同時存在的。為丁使測量問題更加明確，本文將重點討論獲取被測參量的新型傳感器與儀器、保證傳感器與儀器量值準確統一的計量新方法，以及新型測試與傳感器技術在機械制造參量和機械運行參量測量中的應用。具體包括以下四方面：新型傳感器原理與儀器；計量與測試新原理、新方法；系統運行參數檢測與表征；制造參數高精度測量與誤差理論。第一、第二方面是測量技術基礎，目標是提升傳感器及儀器裝備自身水平；第三、第四方面是新測量技術在國家重大工程中的應用，目標是針對具體問題研究新的測量方法與系統，并從中提取一些典型和共性的測量問題進行深入研究，以牽引更多學科的發展。

1.2 研究范圍

（1）新型傳感器原理與儀器

該方向的研究目標是研究用于機械制造和運行參數檢測的傳感器原理與儀器，提升我國機械制造水平和系統運行檢測水平。

（2）計量與測試原理和新方法

該方向的任務是探討計量與測試領域存在的共性問題，研究給予新物理效應的測量原理、方法及其應用。為了突出共性的計量測試問題及測量方法本身的新穎性，研究內容按測量尺度分為這么幾類：微尺度范圍的計量測試原理與方法；跨尺度范圍的計量測試原理與方法；超大尺度范圍的計量測試原理與方法。

（3）系統運行參數檢測與表征

系統運行參數包括機械加工制造過程和機械裝備運行過程中的參數。前者的有效檢測是控制制造過程，確保制造精度和質量的關鍵；后者的有效檢測則為監控重大機械設備系統狀態，為其安全高效運行提供關鍵數據。在運行參數測量中，新型傳感器和新測量技術的應用十分重要。這部分的研究包括了測量系統的誤差分析，特別需要注意的是多因素的相互作用問題。

（4）制造參數高精度測量與誤差理論

這部分將共性測量方法有機結合，針對具體問題研究合理的測量系統與誤差理論，為重大工程中裝配測試和運行檢測提供測量技術基礎。主要研究內容按測量尺度分為這樣幾類：微尺度范圍內的高精度測量；跨尺度范圍內的高精度測量；超大尺度范圍內的高精度測量；誤差理論與精度技術。

2 研究現狀與發展趨勢的分析

2.1 系統運行參數檢測與表征的發展現狀

系統運行參數檢測包括加工運行系統檢測，如對機床的加工過程進行檢測，當然也包括裝備運行系統檢測，如對高速火車的檢測。本文僅以加工系統為例，討論系統運行參數檢測與表征問題。運行參數包括加工設備自身的運行參數和加工設備與被加工零件相互作用時的參數。

對不同的加工設備，其運行參數檢測方法是不同的。目前，激光干涉測量儀是機床平動軸幾何誤差檢測眾多手段之中同時具有檢測精度高、檢測功能完善以及檢測技術成熟等優點的手段之一，可以測量偏移直線度以及偏擺、俯仰等誤差項，且可進行長度溯源。

2.2 復雜機電系統的技術發展趨勢

在超精度加工的監測方面，迄今為止尚未有一種規范性、系統性、通用性和完整性的機床精度建模理論和嚴格統一數學公差表述方法和模型。隨著機械零件的加工精度要求越來越高、復雜程度越來越大，對加工過程中的監測和反饋補償也提出了越來越高的精度要求。未來5～10年。隨著加工用微型傳感器質量的不斷提高，對測量過程中多參數的同步檢測將逐漸成為可能。同時，動態誤差理論和加工過程中的反饋補償技術，也有助于提高復雜形面的加工精度。刀具、工件的在線監測都將逐步實現，減少刀具磨損的各種技術將在較大程度上擴大加工范圍和提高加工精度。

3 結語

本學科的主要目標在于近期為國家重大工程項目提供必要的測量技術基礎：爭取利用10～20年的時間實現面向重要工程應用的國產儀器性能指標達到以及趕超國外儀器。在家來的科學研究中，我們應圍繞國家重大工程項目的一些典型測量問題，研究針對性的測量方法，通過多方位測量和誤差理論，進行誤差分離和補償，提高測量精度。在誤差理論的方面，需重點關注動態測量系統的基礎理論及其應用技術研究，以滿足現代化高精度生產的需求。尤其是在測量系統的模型建立、傳遞函數的參數選擇、系統的穩定性檢驗和測量實踐等方面開展深入細致的研究工作，著力探索出一些新的誤差理論與精度技術，實現動態測量系統的科學分析與優化設計。

參考文獻

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