机械制造中测量技术发展特点与重要性

机械制造中测量技术发展特点与重要性

研究极限制造提出的各种新的测量问题，包括微纳米超精密测量方法，超大尺寸精密测量方法和制造现场的非接触、数字化测量。今后5～10年，多波长或可调谐新型激光器，激光二极管绝对

测长技术。高速短程激光测距以及其他波段电磁波测距技术，将用于超大尺寸测量的形位误差测量，包括几米至几十米长度的同轴度测量，大平面的平面度测量，大工件元素间位置度测量，大轴圆度、圆柱度测量，测量的精度达到微米量级。基于无导轨测量技术，高速坐标跟踪测量系统，动态几何量测量理论的车间范围的空间定位系统，可以达到实际应用水平，使得在方圆十几米的范围内，任一点坐标定位误差在几十微米至几毫米，跟踪速度达到10州s。WPS的出现将给系统设计、制造、装配，带来全新的变革。未来5～10年，微纳尺寸测量将由一维测量向多维测量发展。以分子测量机为代表的纳米测量仪器的运动学设计，违阿贝原则和动态测量的误差补偿，热误差、隔振、空气折射率变化补偿将取得重要进展，在250mm×250 IIlIn×5 mm范围内，标准测量不确定度达到10衄量级。

计量学的基本问题的研究，重点是基标准及相关测量理论研究，实现各种自标定、自校准的溯源要求。今后5～10年，“免形状”(Fom．雠e)的测量模式将会得到应用并出现商业化产品。免形状测量的基本思想是：基于零件“小偏差假设”，精密量仪不依赖被测对象的几何形状、无须知道几何参数、无须精密定位的情况下，也能进行几何尺寸和形状误差测量与评定。基本思路是：通过高精度测量，

获取与被测轮廓相一致的离散“数据微粒”，以此提取该轮廓的几何内在特征量：同时建立常见轮廓(如圆、螺旋线、渐开线、二次曲线等)及其内在特征量的理论模型；利用数据处理与误差分析软件，将被测轮廓的实际特征量与理论模型经过多次逼近比较，根据几何形状类型识别准则，进而确定形状类型并进行误差评定。免形状测量的研究主要将解决3个关键问题：测控模型、形状识别和形状误差评定。该方法的优点在于：①一台仪器就是一个“开放的”的平台，不依赖被测对象；②实现未知形状的反求；③在新的测量模式下，大大扩展了精密量仪的功能。大大减少了仪器的配置；④更彻底地避免了操作人员的干预，有利于提高测量精度并降低了人员的劳动强度。

应用新的物理原理及新的技术成就，发现新型传感原理并设计发明性能更好的新型测量仪器，解决机械制造中出现新的测量问题。预计今后5年，新型塞曼一双折射双频激光器的出现将极大地提高了双频干涉仪测量速度；基于HeNe激光腔镜移动中两偏振光相互竞争原理将使自定标位移传

感器的性能大大提高。

研究适合机械制造在线测量的快速高效、抗干扰能力强、高可靠性的测量技术。由于在线测量的特点是测量环境相对恶劣，所以合理地采用误差补偿技术将会受到重视并投入更多的研究。目前已有机床误差补偿主要限于机构误差与简单热变形误差，误差补偿技术将用于动态误差与比较复杂的热变形误差。神经网络与建模的方法在机床热变形补偿中已获得一定成效。它必将进一步发展与完善。在一些高精

度加工机床中，实时补偿的应用也将扩大。机床不符合准刚体模型时，采用实时误差补偿有一定优越性，将研究给定测量范围、给定测量任务进行最佳补偿12M。

复杂、小尺寸零件的测量(毫米级)。该级别的测量任务既不同于常规尺寸测量，也不同于极限尺寸的测量，需要采用特殊的测量方法。由于生产需求和零件质量控制方法的缺失，如核聚变微靶零件及其装配定位等，今后5～10年，一批适应复杂、小尺寸零件测量的专业仪器将不断问世。

在比较大的差距。就目前机械制造中测量技术发展的突出的问题，建议如下。

依托国家重大专项，高度重视机械制造一线的测量技术重大需求和出现的新的测量问题。重点关

注包括新型传感原理及传感器研究、超大尺寸，微纳米级精密测量，先进制造的现场、非接触、数字化测量、仪器智能化、基标准及相关测量理论研究，复杂型面的检测等基本问题。加大投入，力争在未来10年，形成适应我国先进制造需求的测量技术体系。极端制造中的测量技术成为测量中的前沿技术

随着MEMS、微纳米技术的兴起与发展，人们对微观世界探索的不断深入，测量对象尺度越来越小，达到了纳米量级别；另一方面，由于大型、超大型机械系统(电站机组、航空航天制造)、机电

工程的制造、安装水平提高，以及人们对于空间研究范围的扩大，测量对象尺度覆盖范围越来越大，目前已达l旷～102m的范围，相差

11个数量级之巨，机械制造中从微观到宏观的尺寸测量范围不断扩大。在此背景之下，微纳制造、超精密制造、巨系统制造等系统中，传统的测量方法和测量仪器受到极大挑战，出现了纳米尺度表征以及参数量值的统一和溯源等许多新的科学问题和工程技术问题亟待解决。

从静态测量到动态测量，从非现场测量到现场在线测量

现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念，机械制造中的测量技术已不仅仅是最终产品质量评定手段，更重要的是为产品设计、制造服务，为制造过程提供完备的过程参数和环境参数，使产品设计、制造过程和检测手段充分集成，形成具备自主感知内外环境参数(状态)，并作相应调整的“智能制造系统”，使测量技术从传统的“离线”测量，进入到制造现场，参与到制造过程，实现“在线”测量。

测量过程从简单信息获取到多信息融合

先进制造中的测量信息包括多种类型的被测量，信息量大，包含了海量数据信息。这些信息的

可靠、快速传输和高效管理以及如何消除各种被测量之间的相互干扰，从中挖掘多个测量信息融合后的目标信息将形成一个新兴的研究领域，即多信息融合。

几何量和非几何量集成

复杂机电系统功能扩大，精度提高，系统性能涉及多种类型参数，测量问题已不仅限于几何量。而且，日益发展的微纳尺度下的系统与

结构，其各种因素的作用机理和通常尺度下的系统也有显著区别。为此，在测量领域，除几何量外，其他机械工程研究中常用的物理量，如力学性能参数、功能参数等，业已成为制造中测量技术的重要研究对象。

制造设备交互操作国际标准正在酝酿出台调查结果显示：机床制造业在利用计算机技术和成果方面至少落后了一代，在机床制造这一行业中，形成了许多彼此互不联系的“制造孤岛”。这

种状况造成的结果是，制造企业无法充分实现生产现场的优化配置。美国机械制造技术协会2008年启动200万美元资金，旨在开发一整套有关制造设备交互操作(MTConIlect)的开放型国际标准。该标准下的“制造设备交互操作系统”，将利用“可扩展标示性语言”(．xmI)的计算机语言写成的中间体软件，实现工厂优化配置软件和生产现场的无缝连接，包括利用互联网实现远程共享。目前该标准的制定已引起世界制造业的广泛关注，得到众多全球制造技术提供商的支持。可以预测，今后几年，标有“制造设备交互操作系统兼容(MTComlectcompliant)”标志的制造技术产品，将给制造业带来革命性的变化，把生产力水平提升到以往只能梦想的高度，给2l世纪的制造业带来崭新的面貌。机械科学的发展及制造技术的进步，深刻影响着传感、测量和仪器的研究。新型测量问题的不断出现，研究内容的不断更新，使得测量技术研究，必须以发展的眼光，前瞻性思维，立足于要解决的主要问题，提倡学科交叉，重视应用基础研究成果，研究新的测量原理、方法、技术和典型解决方案，为机械科学和先进