数字化测量技术

浅谈数字化测量技术

摘要

当今制造业装配技术正向着数字化和自动化方向发展，其中数字化测量技术提高了我国精密测量技术和制造水平，成为制造过程中的重要元素。本文简单介绍了数字化测量技术的发展，并对数字化测量技术的量具和传感器技术、检测路径和检测路径算法的进行了优化分析，为实现全方位的测量系统提供了理论基础。

关键词：传感器检测路径路径优化

一、数字化测量技术的发展

数字化测量技术是以数字化建模仿真与优化为特征的“数字化制造”，涉及各种通用机专用数字IC、数字接口电路、数据采集系统、数字式仪器仪表(含智能仪器)和实时测控系统。我国于1965年研制成功集成电路。近年来，国家制定了重点发展集成电路的战略方针，我国IC产业也获得了飞速发展。对于一个完善的测量系统来说，对大尺寸全方位的高精度测量是制造品的关键，数字化测量对待测点进行位置的准确测量，然后将数据传递给自动化定位控制系统，对整个制造过程进行监督，通过对数据的分析出来，实现定位，故数字化已成为产品生命周期中不可或缺的重要因素。数字化测量技术渐渐从幕后走入了人们的视野，从中一走向综合，获取了大量高精度的测量数据及时提供自动化装配系统和物流运输系统，受到了各界人士的关注。数字化测量系统的基木要求是实现测量环境的便利性、精确性、高速性和实时性，高速、高精度测量和分选，填补了国内的空自。数字化测量技术在提高待测物点的准确性和稳定性方面发挥了重要的推动作用，现数字化测量技术的发达程度成为衡量一个国家国力及科学技术水平的重要标志。实现产品的数字化能快速的进行系统配置和参考坐标系的建立，全时进行精确的零件监视，不依赖作用区域，保证全范围测量精度的一致性，构建成为一个全方位的数字化测量系统，增强行业的竞争力，发展成为具有自主知识产权产品和技术的企业，是制造企业的最终目标。

二、数字化测量技术的优化分析

2.1 数字化量具和传感器技术的优化

由于现场环境等种种因素，对产品的测量和检测要求较高，故对数字化测量

量具和传感器的优化成为了研究的重点关注方向，激光测量雷达、三维测量激光跟踪仪、简易的测量臂和扫描仪等为基础技术的优化构建更为精确系统的测量技术。

（1）防水型电子数显卡尺，在冷却液喷淋状态不能保证正常检测。传统电子数显卡尺多采用电栅位移传感器实现测量，但其易受介质影响，工作状态受到环境的多方面限制，对数显卡尺的防水性改善，拓展了数字化测量技术的应用领域。上述防水型数显卡尺的防护等级都达到IP67规定，为当今最高水平，相应技术在中国申请了专利。

（2）纳米分辨力传感器的制造。读数头中的半导体激光光束经偏振光分光器分成二束光，进入主尺，经过衍射后相互产生十涉。光电图像传感器检测出主尺移动所引起反射光十涉条纹的相位变化，得到主尺的位移量。该传感器的研制提高了传感器的辨识度与灵敏度，且工作状态更为稳定，不易受环境的限制。

（3）多传感融合的数字化测量技术的优化。在制造业中测量目标多属于大尺寸，多传感融合的测量技术为共同实现行业的测量任务提供了更加便捷的途径。在多传感融合的测量系统构建中，保持发射器的位置不动，通过标准杆在iGPS的测量空间采集标准杆数据，求发射器的方位，后通过对采集到的数据进行分析，优化发射器的方位。通过计算可知，融合了iGPS激光跟踪仪和激光雷达传感技术后，使测量和监督变得更简单高效，可在测量任务的任何阶段完成，是比较理想的大尺寸多方位测定目标的测定方法。

（4）双目视觉实现数字化测量技术的三维检测优化。传统的目标分割算法难以在高速实时环境中得到精确的检测数据。双目视觉测量技术是最接近人力视觉的三维数据采集方式，具有简单、灵活、可靠等特点，是测距方法中最重要的感知技术。双目视觉测量方法是数字化测量技术使被测物点实现三维空间的重建，使用特征提取、摄像机标定和特征立体匹配技术，利用最大相似率结合高效的立体搜索进行图像匹配，相比于传统的体式系统，更加准确的绘制了高精度的被测物点。

2.2 检测路径的优化

数字化测量技术工作中有大量的检测工作需要完成，实现加工检测一体化、智能化和集成化是数字化制造技术发展的必然趋势。在线检测减少了测量时间，避免了过程中可能产生误差的间歇，提高检测精度和灵敏度，为质量监督提供了有力的保障。在线检测技术的主要优势便是其便捷性，故在规划检测路径时，需

考虑以下两个因素：（1）避免检测过程中的碰撞，测头运动的轨迹应最短；（2）检测过程总测头和测头变换的次数需最少，尽量避免误差可能产生的途径。在规划完成后，对形成的路径进行碰撞检测，找出合理的避障点，对路径进行完善，从定位点、过程点、安全起测平面到检测顺序等问题都进行解决，保证检测的顺利完成。

2.3 检测路径算法的优化

提高精度和提高测头移动或缩短测头测量路径是改善加工中心在线检测性能的主要目标。为了避免测头与零件的碰撞，测头需通过辅助点Aided Point (A P)，此外在检测路径中还有许多不确定因素，需要对路径算法的不断优化确保路径的准确性与灵敏性。常见对MOP问题的求解方法有单纯形方法、隐枚举法、动态规划法和割平面法等，后提出了贪婪法、遗传算法和神经网络等算法等，近几年，蚁群、粒子群等智能算法，其优化的路径具有明显优势，为检测路径计算的稳定性、灵敏性和精确性提供了新思路。

三、数字化测量技术的综述

随着我国科学技术的发展，越来越多的技术逐步被社会生产所淘汰，新技术层出不穷。数字化测量技术的优化可使测量系统同时使用多种工具、多项零件和多个测量探头，系统在运动过程中可能遇到的各种内部与外部十扰进行自抗控制能力，简化了系统结构，系统性能亦得到了提高，并行模式实现了实时测量数据的连续采集。提供绝对位置信息的测量系统，结合三维空间位置的误差测量技术，探索数控机床空间精度快速测量和补偿的新途径。测量准确度高，稳定性强，提高加工中心生产效率和可靠性，取得了新的成绩。现数字化测量技术精密测量技术和制造水平不断提高，降低能耗、改善工艺性，提高产品的性价比，行业

旱现良好的发展势头，目标是实现国内外市场的开拓。

参考文献

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