數字化精密量?jì)x的發(fā)展趨勢

數字化測量技術(shù)是數字化制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。開(kāi)發(fā)亞微米、納米級高精度測量?jì)x器，提高環(huán)境適應能力，增強魯棒性，使精密測量裝備從計量室進(jìn)入生產(chǎn)現場(chǎng)，集成、融入加工機床和制造系統，形成先進(jìn)的數字化閉環(huán)制造系統，是當今精密測量技術(shù)的發(fā)展趨勢。

（1）數字化精密測量?jì)x器的新動(dòng)向——進(jìn)入生產(chǎn)現場(chǎng)，非接觸掃描測量倍受重視

　　三坐標測量機作為精密測量?jì)x器的基本型主導產(chǎn)品，繼續在機械制造業(yè)中得到重視和發(fā)展。以三坐標測量機為代表的精密測量?jì)x器進(jìn)入車(chē)間、服務(wù)于生產(chǎn)現場(chǎng)是發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。例如，LEITZ公司的精密三坐標測量機在車(chē)間用于測量大型齒輪就是一例。將數字化測量系統集成到數控加工機床上是另一個(gè)發(fā)展趨勢。例如，秦川機床廠(chǎng)的CNC成型齒輪磨床集成了在機齒輪測量系統。與光學(xué)/激光非接觸式掃描測量技術(shù)相結合，實(shí)現多功能、多種傳感器的集成和融合，使坐標測量技術(shù)的應用更加豐富，更適用于生產(chǎn)現場(chǎng)。

　�、倨�車(chē)大型覆蓋件的非接觸掃描測量精確而快速

　　配備有光學(xué)/激光式非接觸掃描傳感器的水平臂三坐標測量機實(shí)現了對汽車(chē)大型覆蓋件的快速精密檢測。德國ZEISS公司和瑞典HEXAGON集團等世界著(zhù)名三坐標測量機制造廠(chǎng)在該領(lǐng)域進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。瑞典HEXAGON集團所屬DEA公司的PRIMA

　　C1系列水平臂測量機在CW43L型連續伺服關(guān)節測座上，可配備觸發(fā)式測頭、連續掃描測頭、光學(xué)或激光掃描測頭等多種測頭，以適應不同測量環(huán)境和任務(wù)的要求。德國ZEISS公司的PROR Premium坐標測量機配備有EagleEye導航系統和可控測座，能夠在汽車(chē)車(chē)身大型覆蓋件尤其是車(chē)身分總成的質(zhì)量過(guò)程控制中，對工件的幾何參數、表面和邊緣的特征點(diǎn)、間隙和貼合性等實(shí)施高速精密測量。

　�、趲Ъす鈷呙铚y量系統的便攜式柔性關(guān)節臂測量機功能增強

　　美國CIMCORE公司推出了配備有先進(jìn)激光掃描測量系統的關(guān)節臂測量機。該儀器采用碳纖維材料制造，重量輕而剛性好，其中INFINITE系列的還具有無(wú)線(xiàn)通訊功能。儀器采用PC-DMIS軟件，測量功能強。配上管件測量系統附件，還可實(shí)現對管件的長(cháng)度、彎曲度、回彈等多種數據的測量和比較。測量范圍為1.2m的儀器點(diǎn)測重復精度達0.010mm，空間精度達0.015mm。用于反求工程時(shí)，不僅測量速度快，而且可實(shí)現測量過(guò)程的實(shí)時(shí)顯示和補漏測量數據的無(wú)縫拼接。該儀器可用于三坐標測量、三維造型、產(chǎn)品測繪、反求工程、現場(chǎng)測量以及模具設計制造等涉及到設計、制造、過(guò)程檢測、在線(xiàn)檢測以及產(chǎn)品最終檢測等測量工作。美國FARO技術(shù)公司的FaroARM系列便攜式三坐標測量臂具備類(lèi)似的技術(shù)指標和性能。我國西安愛(ài)德華測量機公司2005年也公開(kāi)展示了自主開(kāi)發(fā)的柔性關(guān)節臂測量機的樣機。

　�、圯S類(lèi)零件光電非接觸測量?jì)x器發(fā)展迅速

　　汽車(chē)制造業(yè)的需求大大推進(jìn)了軸類(lèi)精密零件非接觸測量技術(shù)的發(fā)展。瑞士TESA公司的TESA

　　Scan系列軸類(lèi)零件快速掃描測量?jì)x采用2個(gè)線(xiàn)陣CCD組件，通過(guò)工件的回轉和軸向移動(dòng)對工件進(jìn)行投影掃描，可實(shí)現對軸類(lèi)零件位置誤差和形狀誤差的精確檢測、對截面形狀和輪廓度的評估比較以及統計質(zhì)量分析，還能對零件的局部（如過(guò)渡曲線(xiàn)、微小溝槽等）進(jìn)行放大測量。由于工件立柱可以?xún)A斜，因而能對螺紋、蝸桿、絲桿等進(jìn)行全參數精度的精確測量，這是該儀器PLUS系列的一大特色。儀器在直徑方向上的分辨力為0.0003mm，精度2+（0.01D） µm，重復性0.001mm。德國SCHNEIDER的WMM系列軸類(lèi)及工具測量?jì)x操作簡(jiǎn)單、測量速度高，特別適用于車(chē)間檢查站。儀器采用高分辨力的 Matrix攝像頭，可以快速獲取測量數據。儀器數顯分辨力為0.0001mm，長(cháng)度測量不確定度為E2=（2.0+L/200）µm（L單位為mm）。

　�、苤行〕叽缙矫骖�(lèi)精密零件的二維、三維非接觸測量?jì)x器應用廣泛

　　帶CCD數字攝像頭、激光測頭、觸發(fā)測頭的多傳感測頭光學(xué)坐標測量?jì)x器得到了快速發(fā)展。除德國MAHR公司的MARVISION系列三維光學(xué)坐標測量機、瑞士TESA公司的三坐標成像測量系統TESA SIO、德國SCHNEIDER公司的SKM系列3D多測頭坐標測量機等典型產(chǎn)品外，美國OGP公司等著(zhù)名廠(chǎng)商也有相應產(chǎn)品展示。日本三豐公司CNC視像測量系統系列產(chǎn)品中的SV350-pro型測量機采用了自制的超高精度、高分辨力、低膨脹玻璃光柵基準尺，儀器分辨力0.01µm，X、Y軸測量精度為（0.3+L/1000）µm，Z軸測量精度為（1+2L/1000）µm。三豐公司的Hyper

　　MF型測量顯微鏡的X、Y軸測量精度超過(guò)日本標準規定的0級，達±(0.9+3L/1000)µm，儀器分辨力0.01µm，是用于精密模具、精密切削刀具以及超小半導體電子元件（如芯片和集成電路等）精密檢測的理想選擇。國內西安愛(ài)德華、東莞萬(wàn)濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也開(kāi)發(fā)了類(lèi)似產(chǎn)品。貴陽(yáng)新天光電公司近年注重新品開(kāi)發(fā)，2004年成功推出了JX13C圖像處理萬(wàn)能工具顯微鏡，采用金屬光柵和高分辨力的CCD攝像頭，儀器測量精度達到（1.0+L/100）µm，采用半導體激光導向快速確定測量位置。JX15A/B型視頻測量顯微鏡同樣采用了CCD數字成像技術(shù)，將采集到的被測工件圖像送入計算機進(jìn)行處理，進(jìn)行相應幾何精度的檢測，產(chǎn)品技術(shù)指標和水平上了一個(gè)檔次。深圳智泰公司VMT系列的3D影像量測儀，在CCD視覺(jué)測量系統上配備上高精度觸發(fā)式測頭，實(shí)現了多功能測量。

（2）數控機床精度檢測用激光測量技術(shù)的新進(jìn)展

　　為確保數控切削加工的質(zhì)量，除了在加工過(guò)程中和加工完成后對數控切削加工系統（包括工件在內）進(jìn)行可行的監控檢測外，在加工前對數控機床的精度和性能進(jìn)行檢測，以便確切了解掌握機床質(zhì)量現狀，進(jìn)而進(jìn)行必要的調整補償，使其達到最佳運行性能，是一項非常重要的質(zhì)量控制措施。

　　眾所周知，國外著(zhù)名廠(chǎng)商Renishaw、API及HP等公司生產(chǎn)的激光干涉儀測量系統和球桿儀等在數控機床的幾何精度和運動(dòng)精度的檢測和監控中，無(wú)論在機床制造廠(chǎng)還是機床使用廠(chǎng)，都得到了廣泛的應用。Renishaw公司的金牌M10激光干涉測量系統，配備了高精度、高靈敏度的溫度、氣壓、濕度傳感器及EC10環(huán)境補償裝置，在工作環(huán)境下測量精度得到進(jìn)一步提高；API公司的Rmtea六維激光測量系統可同時(shí)測量6個(gè)數控機床精度項目的誤差，縮短了檢測時(shí)間，為生產(chǎn)現場(chǎng)數控機床的檢測和診斷提供了更為快速高效的精密測量手段。成都工具研究所的MJS系列雙頻激光干涉儀，分辨力0.01µm，測量軟件覆蓋了我國和世界主要工業(yè)國的數控機床精度標準評定方法和指標，動(dòng)態(tài)采樣功能可用于自動(dòng)補償。

　　美國光動(dòng)（Optodyne）公司近年推出的基于體對角線(xiàn)的激光矢量測量技術(shù)是快速測量和補償數控機床、加工中心三維空間位置誤差的一個(gè)新途徑。該技術(shù)由美國光動(dòng)公司發(fā)明并獲得專(zhuān)利，它遵循了ASME B5.54

　�。�1）和ISO0230-6（2）機床測量標準中對體對角線(xiàn)誤差測量的要求。對于構成（X，Y，Z）直角坐標系的三軸機床的21項幾何誤差，采用傳統激光干涉儀等來(lái)進(jìn)行檢測相當費時(shí)�；�于分步體對角線(xiàn)矢量測量原理，光動(dòng)公司采用專(zhuān)利的激光多普勒位移測量?jì)x，借助大平面反射鏡完成四條對角線(xiàn)空間位置誤差的測量，獲得12組數據。通過(guò)計算確定機床12項基本誤差（3項位移誤差，6項直線(xiàn)度誤差和3項垂直度誤差），最終得到數控機床三維空間位置（定位）誤差。該公司曾介紹了在加工中心上進(jìn)行實(shí)際測量和補償的應用實(shí)例，借此表明該測量新技術(shù)在數控加工機床的精度檢測和精度補償上的可行性。對該項測量技術(shù)的認識、推廣應用的實(shí)際效果和前景值得行業(yè)關(guān)注。

結束語(yǔ)

　　數字化制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎。在數字化制造技術(shù)的基礎上，通過(guò)計算機技術(shù)、通訊技術(shù)將數控機床、數控刀具、數控測量?jì)x器和加工對象（工件）以及相應的信息集成融合在一起，構成了的一個(gè)數字化閉環(huán)切削加工系統�？梢哉J為這是CIMS理念中的一種具體實(shí)施形式。CIMS應該具有多樣性，即具有不同水平和不同層次。從近年數控刀具閉環(huán)制造系統和圓柱齒輪、錐齒輪制造閉環(huán)系統的發(fā)展，可以得到啟示：應結合實(shí)際，大處著(zhù)眼，小處著(zhù)手。專(zhuān)項（產(chǎn)品）數字化閉環(huán)制造系統也許是當前CIMS領(lǐng)域的一條切實(shí)可行的發(fā)展途徑。

　　要提高我國機床工具行業(yè)的技術(shù)水平，增強競爭力，根本途徑就是提高自主創(chuàng )新能力，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品和技術(shù)。從近幾屆我國舉辦的國際機床展覽會(huì )來(lái)看，我國精密工具行業(yè)的創(chuàng )新意識不斷加強，創(chuàng )新能力不斷提高，創(chuàng )新技術(shù)成果和產(chǎn)品不斷出現。但是，我國精密工具制造行業(yè)的發(fā)展相比于我國機床制造行業(yè)數控機床的發(fā)展，無(wú)論在規模上還是技術(shù)先進(jìn)程度上都差距較大，遠遠不能滿(mǎn)足和適應先進(jìn)制造行業(yè)如轎車(chē)制造業(yè)、航空航天制造業(yè)、微電子制造業(yè)等的需求。工具行業(yè)需要緊跟機床制造行業(yè)，加強合作，加快發(fā)展。