測量技術的發展動向

提高生產效率的條（tiáo）件及其與測量工程的關係主要表現在（zài）三個方麵（miàn），即縮短交貨日期（qī）、提高產品質量和降低加工成本（běn）。本文即以此為切入點，結合（hé）第20屆日本國際（jì）機床展覽會上的量儀展品，介（jiè）紹測量技術的發展動向。 
測量技術的發（fā）展趨勢 
    近十餘年來，機床（chuáng）高速（sù）化的進展極為迅速。從測量領域來（lái）看，一部（bù）分測量儀器在高速化、自動化方麵（miàn）有了明顯的進步；但從整個（gè）行業來看，測量儀器（qì）高速化的進展遠遠滯後於機床（chuáng）行業，由此而往往造成工（gōng）序之間的不平衡。提高測量效率和加強（qiáng）與其他工（gōng）序的聯接，使貨物流能順暢進行，這是縮短交貨日期的主要課題。在此前提下，縱觀本屆展（zhǎn）覽（lǎn）會（huì）的測量儀器產品，可以發現，許多廠家（jiā）推出了（le）提高檢測速度、提高操作性能和功能多（duō）樣化的不同（tóng）產品，它們的（de）共（gòng）同特點都是著重提高測量效率，許多新技（jì）術也是圍繞這一中心開發出來的（de）。 
    為了提高產品質（zhì）量，各公司都在積極開發可靠性高的高精度測量技（jì）術（shù）。近年來，隨著ISO 9000s及ISO 9000標準的貫徹，測量儀器管理係統的完善已迫在眉睫。遺憾的是，在（zài）本（běn）屆展覽會（huì）上，相關的校正儀器（qì）或標準型儀器卻並不（bú）太多。會上展出（chū）了（le）一些新的測量技術和關鍵性（xìng）的改（gǎi）進技術，由此，可以看出各公司對技（jì）術創（chuàng）新（xīn）還是抱著積極的態（tài）度（dù）。 
    對於儀器的維（wéi）修保養，用戶（hù）和製造商（shāng）均非常重視。有（yǒu）些（xiē）展出的測量儀器對安裝場所（suǒ）的溫度條件，已並不如從前那樣苛刻，有的儀（yí）器則是綜合了多種測量工具的功能。這些新產品表明，廠家在開發降低成本的測量儀器（qì）方麵，也是不遺餘力的。 
提高效率的測量技術 
非接觸式高速形狀測量技術 
    汽（qì）車車身或泵葉（yè）輪等大型零件的（de）形狀（zhuàng）測量，大都要求采用高速獲取三（sān）維位置數據的測試手（shǒu）段，迄今主要使用帶有多關節或水平懸臂式接觸測頭的（de）三坐標測量機進行（háng）測量。但接觸式測量方法在測量大型零（líng）件時，將（jiāng）受到諸多限製，不利於提高測量效率。針對這種情況，本屆展覽會上展（zhǎn）出了多種非接觸式（shì）測量方（fāng）法，可對上述（shù）大型零件進行高（gāo）密度高速測量。 
    日本東京精密公（gōng）司開發了一種新型三坐（zuò）標測（cè）量機，這是一種可移（yí）動式三維（wéi）光學測量裝置，它利用幹涉條紋圖（tú）象和三角測量方式進行非接觸測量。機內裝有三台攝像機，可對220mm(縱向)×330mm(橫向)視野內的物體位置坐標進行每（měi）秒最大密度為4點/mm2的掃描，30～40秒鍾即可計算處理完畢，測（cè）量精度為60µm。該機利用了一種新型數據處理技術，例如，按0.5mm間距測量相當於1000mm×1500mm的汽車車門的數據（jù），包含各個測量工（gōng）序在內（nèi），總共隻需40分鍾（zhōng）即可完成測量（liàng）作業，並對數據進行解析處理。 
    日本（běn）東京貿（mào）易工程係統公司展出的Comet係統也（yě）是一種可移動（dòng）式非接觸三坐標測量機，該機（jī）雖然也利用三角測量原（yuán）理，但（dàn）卻可使作為（wéi）測量指標的光柵條紋回轉，從而獲得多個等高線數據。這（zhè）種測量方式不易受被測（cè）對象表麵狀態的影響，可獲得較高的測量精度。 
    上（shàng）述係統由於可在單位表（biǎo）麵獲取三維位置數據，因此，與接觸式測量方式相比，可進行高速檢測作業。另外，由於非接觸測量不會增加測（cè）量受力，因此，可對軟（ruǎn）質材料進行（háng）高精度測量。此類係（xì）統所獲得（dé）的數據，可比（bǐ）照CAD數據進（jìn）行評價，因此，各公（gōng）司（sī）必須（xū）設計工（gōng）藝（yì）及相關的應用實例向用戶公開說明。這種可進行高密度高速測量的技術（shù），可望應用於設計模型時的詳細數值化（huà）等逆向工程技術領域。 
    OPTON公司展（zhǎn）出一種高（gāo）速Moire 3D攝像機，它可高速獲取一定（dìng）範圍內（nèi）的形狀數據，並進行（háng）計（jì）算（suàn），實（shí）時顯示測（cè）量結果。該機可按10000coma/秒（miǎo）的速度測（cè）量50×50～1000×1000mm範圍內（nèi）的形狀。例如，可用於振動、位移解析（xī）或波麵的觀察、在線測量等領域。 
測量功能的綜合化 
    綜合化（huà）也稱複（fù）合化（huà），它包含兩個方麵的含義，一是（shì）提高測量機的功能，增加檢測項目；另一方麵是擴大檢測範圍，一台（tái）測量機配有多個方式不同的檢測器，可（kě）分（fèn）別檢測不同的測量對象。過去需使用多台測量機（jī）才能完（wán）成的測量作（zuò）業，現在（zài）用一台多（duō）功能（néng）測量機即可完成（chéng），因此，可大幅度提高測（cè）量作業（yè）的效率和測量精度。 
    德國Mahr公司（sī）在會上展出了一（yī）台多功能測量機，它（tā）在圓度測量機的基礎上，附加了坐標測量機（jī）的功能（néng）。作為圓度測（cè）量機，要求具有良好的高精度（dù）回轉軸和Z軸驅動機構，然後將長行程Y軸與X軸的（de）驅動機構與之組合起來，采用轉環式測頭，這樣該機即具有坐標測量（liàng）機的功能（néng）。這種測量機可（kě）測量圓度（dù）、圓柱度、平行度等幾何誤差，也可測量直徑、級差等（děng）長（zhǎng）度和角度。該機的測量範圍為300(X)×600(Y)×700(Z)mm，測（cè）量長度（dù）時的精（jīng）度U1=1.2+L/500µm，U2=1.5+L/300µm，U3=2.0+L/300µm。 
    長期以來（lái），將三坐標測量機與回（huí）轉（zhuǎn）工作台（tái）組合在一起，才可對（duì）齒（chǐ）輪、曲軸、凸輪軸等複雜形狀的（de）工件進行測量。Mahr公司的多功（gōng）能測量機由於可有（yǒu）效利用回轉工作台上的空間，因此易於對長尺寸的大型軸類形狀進行測量。據稱，今後還可進一步擴展至對複雜圓（yuán）柱形物體進行測量。 
    在半導體、電子零件或成形用微小（xiǎo）模具、塑料製（zhì）品等複雜細小零件的尺寸、形狀測量方麵，可（kě）采用配裝顯微鏡、CCD攝像（xiàng）機、圖像處理設備的非接（jiē）觸式坐標測量機。日本的一些光學機（jī）器、測（cè）量器、家電（diàn）等生產廠家，在定位、聚焦、照明、棱邊檢測等（děng）技術領域，已開發出一些各具特色的檢測製（zhì）品，近年來，多數製品均（jun1）已普（pǔ）及推廣應用。 
    在本（běn）屆展覽會上，有（yǒu）四家公司展出了附（fù）加CCD傳感器、激光傳感器或接觸式測頭等多個傳感器的坐（zuò）標測量機，共展出三台實物，據樣本介紹，共有（yǒu）10餘個機種類型。如日本三豐公司展出了（le）快速（sù）成像的圖像測量機。這些（xiē）機種的接觸式測頭傳感器可對攝像機難以攝取的錯（cuò）綜（zōng）複雜部分的尺寸或深孔的任意高度尺寸等進行三維測量。由此可見，與利用光學原理的非接觸方式相結合，可使坐標測量機具有更為廣闊的應用領域。 
為用戶提供方便的產品 
    英國泰勒—霍布遜（xùn）公（gōng）司展出了兩（liǎng）種表麵粗糙度測量機，這是一種便（biàn）攜式測量機，形體（tǐ）小巧，便於在加工現場或室外使用，也可滿足在線測量的需要。該機的測量部分和（hé）控製部分是分開的，利用紅外線進行信息傳輸，不通過電纜即可進行遠程遙控操作。這種儀（yí）器用於那些人手難以達（dá）到的部位或（huò）在不（bú）安全環境內進行測量，極為方便。在擴大測量機的使用範圍，提高操作性能方麵，霍布遜公司的產品作出了（le）有益的探索。 
    布拉紋公司（sī）展出一台三坐標測量機，牌號為GAGE 2000R，它采用卡尺和千分尺等簡（jiǎn）單操作原理，撳動按鈕即可進行測量。測量結構可按卡尺測（cè）量的圖像或千分尺指針的圖像，顯（xiǎn）示在操作（zuò）屏幕上，非常便於用戶操作和對測量結果進行分析（xī）判斷。 
不（bú）斷提高測量儀器（qì）的質（zhì）量 
提高測量水平與新型關（guān）鍵技術 
    伯阿脫公司在會上展出了一台多傳感器三坐標測量機，該（gāi）機采用了新的測量原理，機上配裝了稱作光纖測頭的微小球體，微小（xiǎo）球體作為接觸式測頭使用；同時，由於它同顯微鏡圖象處理的非接觸式測量裝置相連接，因（yīn）此，可（kě）對（duì）微小（xiǎo）孔的邊（biān）槽尺寸形（xíng）狀進行高精度測量。利用此種（zhǒng）新（xīn）型測頭可對（duì）φ50～100µm的（de）微小孔進行精密測（cè）量。微小球體端（duān）部（bù）的最小半徑為12.5µm，球體與光纖連接在一起，既可作（zuò）為（wéi）測頭使用，同時還可充作照明裝置。這種（zhǒng）光纖測（cè）頭具有良好的撓曲特性，讓其接觸微小孔（kǒng）內璧，通過光纖照（zhào）明的（de）球（qiú）體位置，可（kě）由CCD傳（chuán）感器檢測（cè）出來，進行圖象處理後，即可計（jì）算出小孔的尺寸、形狀。過去，測（cè）量（liàng）微（wēi）小盲孔或深孔中（zhōng）間部位的尺寸、形（xíng）狀，通常都采用CCD傳感器或激光傳感器，由於係（xì）垂直照（zhào）明，光（guāng）亮度有限，檢測時不能獲得足夠的光量，因此深孔中間部位的測量十分困難。伯（bó）阿脫公司（sī）的（de）新型技（jì）術克服了迄今測量深孔尺寸、形狀的難點，非常便於在生產現場對微小零件進行多種測量（liàng）和檢（jiǎn）查。 
    Zygo公司展出了一台非接觸式三坐標表麵形狀測量機，型（xíng）號為New Bure 5000，其（qí）縱向分辨率為0.1nm，可高速測量精密加工零件的微細形狀。最大測（cè）量範圍為（wéi）5.2mm×7.0mm，縱向（xiàng）最大測量範圍為5mm。與裝（zhuāng）有掃（sǎo）描（miáo）測頭顯（xiǎn）微鏡等高分辨率的測量機相比，Zygo公司的新產品可在縱向和橫向的極廣範圍內進行三維測（cè）量。該測量機利用了具有白色光幹涉條紋的相（xiàng）位調製幹涉方式和獨家（jiā）開發的高（gāo）速解析軟件（jiàn）等新技術，其縱向掃描速度為10.5µm/s，其特點是分辨（biàn）率高，可（kě）進行較廣範圍的高速（sù）測量作業。 
    西鐵城鍾表公司與另一（yī）公司合作開發出一種利用並行機構的複合式載物台，具有六自由度定位功能，深受觀眾注目。該（gāi）機采（cǎi）用公司自（zì）製球軸承，載物台堅固耐用，位（wèi）置及置（zhì）放形式（shì）易於控製。其行程如下：X、Y為25mm，Z為10mm，定位精（jīng）度0.3µm。 
    上述各種測量機的複雜運動（dòng）均能平穩進行，並可保證良好的測量精度，對工作台結構也進行了大量改進，這些都是提高測量精度的基礎（chǔ）性（xìng）關鍵技術。這些新的基礎技術（shù）使上述測量機有望廣泛應用於（yú）複（fù）雜曲麵的加工過程或微小零件及成組工程等的測量領域。 
控製工藝（yì）過程的測量技術 
    英國Renishaw公司展出了新開發的NCI非（fēi）接（jiē）觸工具測量係統（tǒng），主（zhǔ）要用於機床（chuáng）上工具的調整和運轉狀況監視。該係統應用了可視激光，便（biàn）於（yú）對工具位置進行隨機測量，可（kě）縮短（duǎn）定位時間和防（fáng）止因工具不當而產生的加（jiā）工失誤，使加工（gōng）效率和（hé）加工質量得到進一步提高。 
    日本三豐公司展出了新開發的Measur Link係列，這是一種（zhǒng）測量數據網（wǎng）絡係統，可（kě）以（yǐ）實時（shí）匯總（zǒng）和解析測（cè）量工序所獲取的（de）產品質量相關數據，生產線和管理部門利（lì）用（yòng）該係統提供的數據，進行質量管理。三豐公司為此開（kāi）發了一係列相關軟件，供用戶選用。例如，其中有一種（zhǒng）供測量部門應用的工藝管理程序，它可將各種測量儀器獲取的測量數據送至微機終端，並繪製成管理圖或示意圖（tú），實時顯示（shì）出來，便於早期發現異常現象，可有效防止加（jiā）工不良情況的出現。 
    隨著信（xìn）息技術的迅猛發展，許（xǔ）多企業都已大量采用微機和不斷完善企業內部的網絡係統。因此（cǐ），利用綜合顯示生產現場狀況的監控係統，充分利用信息（xī）資源，嚴密監控（kòng）加工質量，是各公司今（jīn）後需要不斷努力的技（jì）術攻關方向之一。 
努力降低測（cè）量成本 
    長期以來，測量、檢查工作（zuò）大都要（yào）求設置恒溫室，以提高測量的可（kě）靠性；恒溫室溫度的調（diào）節範圍（wéi）越狹小，維護控製費用也越高。因此（cǐ），用戶希望購買那種在廣泛的溫度範圍內仍（réng）能充分發揮其（qí）性（xìng）能的測量儀器，以降低（dī）測量成本。 
    三豐公司展出一台新開發的柔性測量機QM-Measure，這是一種台式三坐標測量機的簡化型機種，可用於生（shēng）產現場進行檢測作（zuò）業。該（gāi）機綜合了各種表類量具的功（gōng）能，可收到長期降低測量成本的效果。該機附有溫度（dù）補償功能，可在15～30℃的溫度條件下使用。 
    蔡司和東京精密（mì）公司聯合（hé）開發的PRISMO測（cè）量機，也是一種用於生產現場（chǎng）的CNC三坐標測量機（jī），保證測量精度的溫度條件為16～30℃。這種測量機的指示誤差（chà）為E=20+L/300µm，測量誤差（chà）為R=1.8µm，是一種高精度測量機種。 
    上述測量（liàng）機的使（shǐ）用形式盡管各有不同，但它們卻（què）可從必須嚴格（gé）控製溫度的恒溫（wēn）室中移至生產現場進行測量，測量精度也可得到有效保證，這一點在精密測量行業有著重要的開創意義，而（ér）且對用戶也是極為有利的。