測量技術的發展動向

提高生產（chǎn）效率的條件（jiàn）及其（qí）與測量工程的關係（xì）主要表現在三（sān）個方（fāng）麵，即縮短交貨日期、提高產品質量和（hé）降低加工成本。本文即以此為切入點，結合第20屆日本（běn）國際機床展覽會上的量儀展品，介紹測（cè）量技術的發展動向。 
測量技術的發（fā）展趨勢 
    近十餘年來，機床高速化的進（jìn）展極為（wéi）迅速。從測量領域來看，一部分測量儀器在高速化、自動（dòng）化方麵有了明顯的進步；但從整個行業來看，測量儀器高速化（huà）的（de）進展遠（yuǎn）遠滯後於機床（chuáng）行（háng）業，由此而往往造成工序之間的不平衡。提高測量效率和加強與其他工序的聯接，使貨物流能順暢進行，這是縮（suō）短交貨日期（qī）的主要課題。在此前提下，縱觀本屆展覽會的測量儀器產品，可以發現，許多廠家推出了提高檢（jiǎn）測速度、提高操作性能和功能多樣化的不同產（chǎn）品（pǐn），它們的共同特點都是（shì）著重提高測量效率，許多新技術也是圍繞這（zhè）一中心開發出來的。 
    為了提高產品質（zhì）量，各公司（sī）都在積極開發可靠性高（gāo）的高精度測量技術。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（shàn）已迫在眉睫。遺憾的是，在本屆展覽會上（shàng），相關（guān）的校（xiào）正儀器或（huò）標準型儀器卻並不太多。會上展（zhǎn）出了一些新的測量技術和關（guān）鍵性的（de）改進技術，由此，可以看出（chū）各公司對技術創新還是抱著積極的態度。 
    對於儀器的維修保養，用戶和製造商均非常重視。有些展出的測量儀器對安裝（zhuāng）場所的溫度條件，已並不如（rú）從前那樣苛刻（kè），有的儀器則（zé）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（liàng）技術 
    汽車車身或泵葉輪等大型零件的形狀測量，大都要求采用（yòng）高速獲取三維位置數據的測試手段，迄（qì）今主（zhǔ）要使用帶有多關節或（huò）水平懸臂式接觸測（cè）頭（tóu）的三坐標測量機進行測量。但接觸式測量方（fāng）法在測（cè）量大型零件時，將受到諸（zhū）多限製，不（bú）利於提高測量效率。針對這（zhè）種情（qíng）況，本屆展覽會上展出了（le）多種非接（jiē）觸式測量方法，可對上述大型零件進行高密度高速測量。 
    日本東京精密公司開發了一種新型三坐標測量（liàng）機，這是一種可移動式三維光學測量裝置，它利用幹涉條紋（wén）圖象和三角測量方式進行非接觸測量。機內裝（zhuāng）有三台攝像機，可對220mm(縱向)×330mm(橫向)視野（yě）內的物體位（wèi）置坐標進行每秒最大密度（dù）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（wéi）60µm。該機（jī）利用了一（yī）種新型數據處理技（jì）術，例如，按0.5mm間距測量相（xiàng）當（dāng）於1000mm×1500mm的汽車車門的數據，包含各個測量工序在內，總共隻需40分鍾即可完成測量作業，並對數據進行解（jiě）析處理。 
    日本東（dōng）京（jīng）貿易工程係統公司展出的Comet係統也是一種可移動式（shì）非接（jiē）觸（chù）三坐標測量（liàng）機，該機（jī）雖然也利用三角測量原理，但卻可使作為測量指標的光柵條紋回轉，從而獲得多個等高（gāo）線（xiàn）數（shù）據。這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。 
    上述係統由於可在單位表麵獲（huò）取三維位置數據，因此，與接觸式測量（liàng）方式相比，可進行高速檢測（cè）作業。另外，由於非接觸測量不會增加測量（liàng）受力，因此（cǐ），可對軟質材料進行高精度測量。此類係統所獲（huò）得的（de）數據，可比照CAD數據進（jìn）行評價，因此，各公司必須設計（jì）工藝及相關的應用實例向用戶公開說明。這種（zhǒng）可進行高密度（dù）高速測量的技術，可望應（yīng）用於設計模（mó）型時的詳細數值化等逆向工程技（jì）術領域。 
    OPTON公司展（zhǎn）出一種高速Moire 3D攝像機，它可高速獲取（qǔ）一定範（fàn）圍內的形狀數據，並進行計算（suàn），實時顯示測量結果。該機可按10000coma/秒的（de）速度測量50×50～1000×1000mm範圍內的形狀。例（lì）如，可用於振動、位移解析或波（bō）麵的觀察、在線測（cè）量等領域。 
測量功能的綜合化（huà） 
    綜（zōng）合化也（yě）稱複合化（huà），它包含兩個方麵的含義，一是提高測量機的功能（néng），增加檢測項目；另一方麵是擴（kuò）大檢測範圍，一台測量機（jī）配有多個方（fāng）式不同的檢測器，可（kě）分別檢測不（bú）同的測量對象。過去需使用多（duō）台測量機才能完（wán）成的測量作業，現在用一台（tái）多功能測量（liàng）機即可完成，因此，可大幅度提高測量作業的效率和測量精度。 
    德國Mahr公司在會上展出了一台多功能（néng）測量機，它在圓度測量機的基礎上，附加了坐標測量機的功能。作為圓度測量機，要求具有良好的高精度回轉軸和Z軸驅動機構，然後將長行程Y軸與X軸的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。這種測量機可測（cè）量圓度、圓（yuán）柱度、平（píng）行度等幾何誤差，也可測量直徑、級差等長度和角度。該機的測量範圍為300(X)×600(Y)×700(Z)mm，測量長度時的精度（dù）U1=1.2+L/500µm，U2=1.5+L/300µm，U3=2.0+L/300µm。 
    長期以來，將三坐標測量機與回轉工作台組合在一（yī）起，才可對（duì）齒輪、曲軸、凸輪軸等複雜形狀的工件進行測量。Mahr公司的多功能測量機由（yóu）於可有效利用回轉工作台上的空間，因此（cǐ）易於對長尺寸的大（dà）型軸類形狀進行測量。據稱，今後還可（kě）進一步擴展至對複（fù）雜圓柱形（xíng）物體進行測量。 
    在半導體、電子零件或成形用微小模具、塑料製品等（děng）複雜細小零件（jiàn）的尺寸、形狀測量（liàng）方麵，可采用配裝顯微鏡（jìng）、CCD攝像機、圖像處（chù）理設（shè）備的非接觸式坐標測量機。日（rì）本的（de）一些光學機（jī）器、測量器、家電等生產廠家（jiā），在定位、聚焦、照明、棱邊檢測等技術領（lǐng）域，已開發出一些各具（jù）特色的檢測製品，近年來，多數製品均已普及推廣應用。 
    在本屆展覽會上（shàng），有四家公司展出了附加CCD傳感器、激光傳（chuán）感器或接（jiē）觸式測頭等多個傳感器的坐標（biāo）測量機，共展出三台實物，據樣本介紹，共（gòng）有（yǒu）10餘（yú）個機種類型（xíng）。如日本三豐公司展出了快（kuài）速（sù）成像的圖像測量機。這些機種的接觸式測頭傳感器可對攝像機難以攝取的錯綜複雜部分的尺寸或深孔的任意高（gāo）度尺寸等（děng）進行三維測量。由此可見，與利用光學原理（lǐ）的非接觸方式相結合，可使坐標測（cè）量機具有（yǒu）更為（wéi）廣闊的（de）應用領域。 
為（wéi）用戶提供方便的產品 
    英國泰勒—霍布（bù）遜公司展出了兩種表（biǎo）麵粗糙度測量機，這是一種便攜式測量機，形體小巧，便於在加工現場或（huò）室外使用，也可滿足在線測量的需要。該機（jī）的測量部分（fèn）和控製部分（fèn）是分開的，利（lì）用紅外線進行信息傳輸，不通過電纜即可進行（háng）遠程遙（yáo）控操作。這種儀器用於那些人手難以達到的部位或在不安全環境內進行測量，極為方（fāng）便。在擴大（dà）測量機的使用範圍，提高操作性能方麵，霍布遜公司的（de）產品作出了有益的探索。 
    布拉紋公司展出一台三坐標測量機，牌（pái）號為GAGE 2000R，它采用（yòng）卡尺和千分尺等（děng）簡單操作原理，撳（qìn）動按鈕即可進行測量。測量結構可按卡尺測量的圖像或千分（fèn）尺指針的圖像，顯（xiǎn）示在操（cāo）作屏幕上（shàng），非常便於用戶操作（zuò）和對測量（liàng）結果進行分析（xī）判斷（duàn）。 
不斷提高測量儀器的質量 
提高測量水平與新型關鍵技術 
    伯阿脫公（gōng）司在會上展出了一台多傳感器三坐標測量機，該機（jī）采用了（le）新的測量原理，機上配裝了稱作光纖測頭的微小球體，微小球體（tǐ）作為接觸式測頭使用（yòng）；同時，由於它同顯微鏡圖（tú）象處理的非接觸式測（cè）量裝置相（xiàng）連接，因此，可對微小孔的邊（biān）槽尺寸（cùn）形狀進（jìn）行高精（jīng）度測量（liàng）。利（lì）用此種新（xīn）型測頭可對φ50～100µm的微小孔進行精密測（cè）量。微小球（qiú）體端部的最小半徑為12.5µm，球體（tǐ）與光纖連接在一起，既可作為測頭使用，同時還可充作照明裝置。這種光纖測頭具有良好的撓曲特性（xìng），讓其接觸微小孔內璧，通過光纖照明（míng）的球體位置，可由CCD傳感器檢（jiǎn）測出來，進行圖（tú）象處理後，即可計算出小孔的尺寸、形狀。過去，測量微小盲孔或深孔中間部（bù）位的尺寸（cùn）、形（xíng）狀，通常都采用CCD傳感器或激光傳感器，由（yóu）於係垂直照明，光亮度有限，檢測時不能獲得足夠的（de）光量，因此深孔中間部位的測量十（shí）分困難。伯阿脫公司的新型技術克服了迄今測量深孔尺寸、形狀的難點（diǎn），非常便於（yú）在（zài）生產現場對微小零件進行（háng）多（duō）種測量和檢查。 
    Zygo公司展出了一台非接觸式三坐標表麵形狀測量機，型號為New Bure 5000，其縱向分辨率為0.1nm，可高速測量精密加工零件的微細形狀（zhuàng）。最大測量範圍為5.2mm×7.0mm，縱向最大測量範圍為5mm。與裝有（yǒu）掃描測頭顯微鏡等高分辨率的測量機相比，Zygo公司的新產品（pǐn）可在縱向和橫向（xiàng）的極廣範圍內進行三維測量（liàng）。該測量機利用了具有（yǒu）白色（sè）光幹涉條紋的相（xiàng）位（wèi）調製幹涉方式和獨家開發的高速解析軟件等新技術（shù），其縱向掃描速度為10.5µm/s，其特（tè）點是分辨率（lǜ）高，可進行較（jiào）廣範圍的高速測量作業。 
    西鐵城鍾（zhōng）表公司與另一公司合作（zuò）開發出一種利用並行機構的複（fù）合式載物（wù）台，具有六自由度定位功能，深受觀眾注目。該機采用公司自製球軸（zhóu）承，載物（wù）台堅（jiān）固耐用，位置及（jí）置放形式易於控（kòng）製。其行程如下：X、Y為25mm，Z為10mm，定位精度0.3µm。 
    上述各種測量機的複雜運動均能平穩進行，並可保證良（liáng）好的測量精度（dù），對工作台結構也進行了大量改進，這些都是（shì）提高測量精度的基礎性關（guān）鍵技術。這些新（xīn）的基礎技術使上述測量機有望廣泛應用於複雜曲麵（miàn）的加（jiā）工過程或微小（xiǎo）零件及成組工程（chéng）等的測量領域。 
控製工藝過程的（de）測量技術 
    英國（guó）Renishaw公（gōng）司展出了新（xīn）開發的（de）NCI非接觸工具測量係統，主要用於機床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）於對工具位置進行隨機測（cè）量，可縮短定位時間和防止因工具不當而產（chǎn）生的加工失誤，使加工效率和加工質量得到進一步提高。 
    日（rì）本三豐公司展出了新開發的Measur Link係列，這（zhè）是一種測量數據網絡係統，可以實時匯總和解析測量工序所獲取的產品質量相關數據，生產線和管理（lǐ）部（bù）門利用該係統提供的數據，進行質量管理。三豐公司為此開發了一係列相關軟件（jiàn），供用戶（hù）選用。例如，其中有一種供測量部門應用的工藝管理程序（xù），它可將（jiāng）各種測量儀（yí）器獲取的測量數據送至微（wēi）機終端，並繪製成管理圖或示意圖，實時顯（xiǎn）示出來，便於早期發現異常現象，可有效防止加工不良情況的出現。 
    隨著信息技術的迅猛發展，許多企業都已（yǐ）大量（liàng）采用（yòng）微機和不斷完善企業內部的網（wǎng）絡係統。因此，利（lì）用綜合顯示生產（chǎn）現場狀況的監控（kòng）係統，充分利（lì）用（yòng）信息資源，嚴密監控加（jiā）工質量，是各公司今後需要不斷努力的技術攻關方向之一。 
努力降低測量成本 
    長期以來，測量、檢（jiǎn）查工作大都要求設置恒溫室（shì），以提高測量的可靠性；恒溫室（shì）溫度的調節範圍越狹小（xiǎo），維護控製費用也越高。因此，用戶希望購買那種在廣泛（fàn）的溫（wēn）度範圍內仍（réng）能充分發揮其性能的（de）測量儀器，以降（jiàng）低測量成本。 
    三豐公司展出一台新開發的柔性（xìng）測量機QM-Measure，這是一種台式三坐標測（cè）量機的簡化型機種，可（kě）用於生產現場進行檢測作業。該機綜合了各種表（biǎo）類量具的功能，可（kě）收到長期降低（dī）測量成本的效果。該機（jī）附有溫度補償功能，可在15～30℃的溫度條（tiáo）件下使用。 
    蔡司和東京精密公司聯合開發的PRISMO測量機，也是一種（zhǒng）用於生產現場的CNC三坐標測（cè）量機，保證測量精度的溫（wēn）度條件為16～30℃。這種測量機的指示誤差為E=20+L/300µm，測量誤差（chà）為R=1.8µm，是一（yī）種（zhǒng）高精度測量（liàng）機種。 
    上述（shù）測量（liàng）機的使用形式盡管（guǎn）各有不同，但它們卻（què）可從必須嚴格控製溫度的恒溫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（yǒu）著重要的開創意義，而且對用戶也是極為有利的（de）。