高精度幾何量測量技術(shù)、儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

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

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

【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

面對市場迅猛發(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，因此測量技術(shù)和儀器設(shè)備已經(jīng)成為產(chǎn)品開發(fā)中不可或缺的力量。為了在激烈市場競爭中求得生存和發(fā)展，獲得更多用戶的支持，現(xiàn)代測量技術(shù)開始面向市場，積極整合現(xiàn)代化技術(shù)手段系統(tǒng)化發(fā)展，力求更好的滿足市場發(fā)展需求，推動測量技術(shù)更高層次發(fā)展。

1 國內(nèi)外測量技術(shù)和儀器的發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)測量技術(shù)和儀器發(fā)展現(xiàn)狀

我國測量技術(shù)和儀器設(shè)備不斷發(fā)展創(chuàng)新，在很大一段時間，已經(jīng)距離國際發(fā)達(dá)國家水平相差無幾，甚至部分項目已經(jīng)居于世界前列。近些年來，國內(nèi)生產(chǎn)制作的測量儀器設(shè)備類型逐漸多樣化，如哈量集團(tuán)所開發(fā)的CNC3920大型齒輪測量儀，該儀器測量范圍最高達(dá)到2 m，可以滿足國際上的高精度測量需求，憑借其優(yōu)勢和特點，在我國的軍工、船舶以及重型機械等高精度加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，縮短了我國與發(fā)達(dá)國家之間的差距[1]。盡管還有很多的精密量儀制造企業(yè)，擁有諸多自主知識產(chǎn)權(quán)，但從整體上來看，我國的測量技術(shù)基礎(chǔ)仍然十分薄弱，相較于發(fā)達(dá)國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。即便部分測量儀器設(shè)備的精度和效率符合國際水平，但設(shè)備的穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步改善。最為典型的問題，即高端測量產(chǎn)品設(shè)備多是從發(fā)達(dá)國家進(jìn)口，很少可以看到國產(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：

1）自主創(chuàng)新能力差。相較于發(fā)達(dá)國家，我國自主創(chuàng)新能力不足的問題較為明顯，對國外產(chǎn)品依賴性較強，習(xí)慣性的跟風(fēng)模仿，卻少有原創(chuàng)開發(fā)的儀器設(shè)備，難以滿足新時期的工程技術(shù)發(fā)展需要。現(xiàn)有主流測量技術(shù)和儀器中，自主原創(chuàng)技術(shù)少之又少，長此以往，與發(fā)達(dá)國家之間的精密度制造技術(shù)的差距將越來越大，陷入到惡性循環(huán)，勢必遏制我國的測量技術(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爭優(yōu)勢。結(jié)合我國的測量技術(shù)和儀器發(fā)展來看，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，但實際轉(zhuǎn)化率卻不高，產(chǎn)業(yè)化水平落后于發(fā)達(dá)國家，自然難以形成足夠的核心競爭優(yōu)勢。國產(chǎn)量儀中高端產(chǎn)品較少，利潤率不高，致使研發(fā)投入成本不足，極大的遏制了我國測量技術(shù)和儀器發(fā)展[2]。

1.2 國外測量技術(shù)和儀器發(fā)展

相較于國內(nèi)的測量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，國外測量技術(shù)經(jīng)過50多年的發(fā)展逐漸趨于成熟，測量功能強大、可靠。如英國Renishaw公司推出的五軸掃描技術(shù)，是坐標(biāo)測量機技術(shù)的一項革命創(chuàng)新。Renscan5TM作為一種新型技術(shù)，可以滿足高精度測量需要，提升測量效率和質(zhì)量，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益[3]。通過此項技術(shù)，測量速度最高可以達(dá)到500 mm/s，其中最早采用此項技術(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)立一個剛性測量平臺，在掃描同時移動，實現(xiàn)零部件幾何形狀跟蹤監(jiān)控，將結(jié)構(gòu)誤差降到最低。

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

1.3 現(xiàn)場在線測量

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，伴隨著計量手段多樣化發(fā)展同時，測量技術(shù)也開始面向產(chǎn)品設(shè)計制造過程提供完整的參數(shù)，促使產(chǎn)品設(shè)計、制造和檢驗多功能結(jié)合在一起。通過此種方式，形成具備一定自主感知能力的智能制造系統(tǒng)，相對應(yīng)的促進(jìn)了測量技術(shù)進(jìn)入制造現(xiàn)場的發(fā)展，滿足加工制造在線測量需要。基于現(xiàn)場在線測量技術(shù)，可以讓定位時間大大縮短，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，在一定范圍內(nèi)可以獲取產(chǎn)品形狀數(shù)據(jù)，自動化計算后顯示結(jié)果。此項技術(shù)多是用于波面觀察和在線測量等領(lǐng)域，技術(shù)較為可靠[5]。

2 高精度幾何量測量技術(shù)和儀器發(fā)展趨勢

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

因此，未來測量技術(shù)和儀器發(fā)展，主要朝著微米級和納米級方向發(fā)展，并進(jìn)一步提升測量分辨率;圖像處理技術(shù)的融合應(yīng)用;點測量開始朝著面測量方向發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)測量精度大幅度提升;測量機的功能綜合化發(fā)展，在增加檢測項目同時，檢測范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大，一臺測量機可以滿足不同測量對象檢測需要。

3 結(jié)論

綜上所述，測量技術(shù)和儀器是社會生產(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，未來推動高精度幾何量測量技術(shù)和儀器發(fā)展，需要注重汲取國外先進(jìn)的技術(shù)研發(fā)經(jīng)驗，重點開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的測量技術(shù)，以求提升我國的測量技術(shù)水平，在激烈競爭中占據(jù)更大優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

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【作者簡介】

姚興宇（1981-），男，高級工程師，碩士，研究方向為線紋檢測技術(shù)。