先进测试技术及发展趋势

先进测试技术及其发展趋势

摘要:先进测试技术与仪器对于现代制造系统的发展具有重要支撑作用。在分析现代制造系统与先进测试技术同步发展特征的基础上，探讨现代制造系统与先进测试技术相互关系和协同发展的问题。针对先进测试技术的研究要紧紧围绕现代制造业的发展需要，分析论述了先进测试技术领域的一些值得关注、重点研究和应用的技术发展方向。

关键词：现代制造系统先进测试技术发展趋势

1 绪论

制造业进入21世纪以来，面临着如何增强企业间的合作能力，缩短产品上市时间，提高产品质量和生产效率，提高企业对市场需求的应变能力和综合竞争能力的问题。用信息技术来提升、改造我国的传统制造业，实施制造业信息化工程，推动制造企业实施数字化设计与制造集成，是机械制造业面临的一项紧迫任务。制造业信息化工程实施对先进测试技

术的需要更为迫切。因此，采用先进信息化数字测试技术和产品来迅速提升机械制造业水平，是当前一个重要的发展方向。作为现代制造系统运行质量保证体系中数据信息的获取、分析和评定环节，先进测试技术和精密量具量仪是现代加工技术与装备的眼睛，成为现代制造系统不可或缺的重要组成部分。

目前，先进检测技术有机集成到机械学科和先进制造中，为现代制造系统提供高效率、高精度和高质量的保证。该文针对当前制造业信息化工程技术、高档数控加工等现代制造系统应用的实际情况，分析论述现代制造技术与先进测试技术的协同发展的问题。通过讨论先进测试技术现状、需求与特征，分析论述了现代制造系统中的精密测试、在线检测、数字化测试、计算机视觉测试、三坐标测试机等技术和应用发展概况，目的是围绕现代制造业的发展需要，提出了先进测试技术领域的一些值得关注和重点研究的问题。

2 现代制造与先进测试技术

现代制造系统是在吸收和发展机械、电子、信息、材料、能源及现代管理技术成果的基础上，综合应用于产品设计、制造、检验、管理、服务等产品生命周期的全过程，以实现优

质、高效、低耗、清洁、灵活的生产模式，取得理想的技术和经济效果的综合化系统，也可以说现代制造系统就是一种信息系统。

先进测试技术是对被测对象的参量进行测量，将测量信息进行采集、变换、存储、传输、显示和控制的技术，是能大量储存和快速处理信息的计算机技术和传输信息的通信技术的综合。

现代制造技术在向精密化、极端化、集成化、智能化、网络化、数字化、虚拟化方向的发展过程中，促进了相应的先进测试技术的发展。同时，现代制造技术快速进步引发了许多新型测试问题，并将推进传感器、测试技术、测试仪器系统与现代制造系统的协同发展，相互支持，构建集成一体化的现代制造集成系统(CIMS)。

3 先进测试技术现状、需求与特征

现代制造企业需要强化具有自主创新技术的产品开发能力和制造能力，为了适应这种发展的需要，促进了先进制造技术发展和应用，同时也引发了许多面向现代制造的新型测试技术问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测试技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。国外许多著名量仪量具制造厂商在近年来CIMT(China International Machine Tool Show)展览会上展示了他们所取得的部分科研成果，所展现的现代测试技术发展趋势和面向市场与用户、服务于加工制造现场、测试与加工制造过程融合集成的新动向，值得高度重视和密切关注。

在制造企业中，用于制造过程中测试计量的费用往往占生产设备和产品成本的很大比例。根据美国、日本等工业发达国家的统计资料，在汽车制造行业，用于测试仪器及测试计量的费用约占产品成本的10%，在微电子制造行业高达25 %。随着制造业数控加工机床等先进装备快速发展和应用，测试计量仪器设备在生产设备中所占的比重越来越大，重要性更为突出。我国正在实施的科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”是根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的要求设立，目标是围绕航空航天、船舶、发电设备、汽车、电子及通信设备等制造业的迫切需要，提升装备制造业的自主创新能力和核

心竞争力。

机械产品的加工精度和制造质量直接受测试计量水平的制约，甚至所要求的精度要靠其来保证。对加工精度和质量要求的不断提高都转换为对高精度测试技术的要求。在超精密切削中，超精密机床和超精密测试技术都对加工精度和表面质量有重要影响。网络制造过程中，互换性要求很高。因此，现代制造对测试技术不断提出在尺度、精度、环境、方式等方面的新要求。

总之，现代制造技术的快速进步引发了许多新型计测问题，推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展，促使测试技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。随着现代制造技术的应用发展，测试计量技术面临着新的挑战，呈现出一些新的特点。

（1）精密测试与极端测试需求不断增加。20世纪50~90年代，一般机械加工精确度由0.1 mm量级提高到0.001 mm量级，相应的几何量测量精确度从1um提高到0.01一

0.001um。大型发电设备、航空航天机械系统等产品的发展，导致从微观到宏观的尺寸测量围不断扩大，目前从微观到宏观的尺寸测量围已达达到40个数量级。极端测试还表现在测量对象复杂化、测试条件极端化。在现代制造系统中，部分测量问题出现测量对象复杂化、测试条件极端化的趋势。如需要测量整个机械系统或装置，参数多且定义复杂；或需要在高温、高压、高速、高危场合进行测量，使得测试条件极端化。

（2）在线测试与机电系统的集成化。要求测试技术从传统的非现场、事后测试，进入制造现场，参与到制造过程，实现现场在线测试，促进现代制造系统的集成化与智能化，为制造业信息化工程的推进、实施现代集成制造系统奠定技术基础。

（3）测试系统的网络化与智能化。当测试仪器系统进一步实现了网络化以后，仪器资源将得到很大的延伸，其性能价格比将获更大的提高，机械工程测试领域将出现一个更加蓬勃发展的新局面。

（4）测试信息的集成与多信息融合。传统机械系统和制造中的测试问题，主要面对几何量的测试，涉及的测量信息种类比较单一。当前复杂机电系统功能扩大，精确度提高，系