测量技术的发展趋势

提高效率的测量技术

1. 非接触式高速形状测量技术
   
   汽车车身或泵叶轮等大型零件的形状测量，大都要求采用高速获取三维位置数据的测试手段，迄今主要使用带有多关节或水平悬臂式接触测头的三坐标测量机进行测量。但接触式测量方法在测量大型零件时，将受到诸多限制，不利于提高测量效率。针对这种情况，本届展览会上展出了多种非接触式测量方法，可对上述大型零件进行高密度高速测量。
   
   日本东京精密公司开发了一种新型三坐标测量机，这是一种可移动式三维光学测量装置，它利用干涉条纹图象和三角测量方式进行非接触测量。机内装有三台摄像机，可对220mm(纵向)×330mm(横向)视野内的物体位置坐标进行每秒最大密度为4点/mm2的扫描，30～40秒钟即可计算处理完毕，测量精度为60µm。该机利用了一种新型数据处理技术，例如，按0.5mm间距测量相当于1000mm×1500mm的汽车车门的数据，包含各个测量工序在内，总共只需40分钟即可完成测量作业，并对数据进行解析处理。
   
   日本东京贸易工程系统公司展出的Comet系统也是一种可移动式非接触三坐标测量机，该机虽然也利用三角测量原理，但却可使作为测量指标的光栅条纹回转，从而获得多个等高线数据。这种测量方式不易受被测对象表面状态的影响，可获得较高的测量精度。
   
   上述系统由于可在单位表面获取三维位置数据，因此，与接触式测量方式相比，可进行高速检测作业。另外，由于非接触测量不会增加测量受力，因此，可对软质材料进行高精度测量。此类系统所获得的数据，可比照CAD数据进行评价，因此，各公司必须设计工艺及相关的应用实例向用户公开说明。这种可进行高密度高速测量的技术，可望应用于设计模型时的详细数值化等逆向工程技术领域。
   
   OPTON公司展出一种高速Moire 3D摄像机，它可高速获取一定范围内的形状数据，并进行计算，实时显示测量结果。该机可按10000coma/秒的速度测量50×50～1000×1000mm范围内的形状。例如，可用于振动、位移解析或波面的观察、在线测量等领域。
   
2. 测量功能的综合化
   
   综合化也称复合化，它包含两个方面的含义，一是提高测量机的功能，增加检测项目；另一方面是扩大检测范围，一台测量机配有多个方式不同的检测器，可分别检测不同的测量对象。过去需使用多台测量机才能完成的测量作业，现在用一台多功能测量机即可完成，因此，可大幅度提高测量作业的效率和测量精度。
   
   德国Mahr公司在会上展出了一台多功能测量机，它在圆度测量机的基础上，附加了坐标测量机的功能。作为圆度测量机，要求具有良好的高精度回转轴和Z轴驱动机构，然后将长行程Y轴与X轴的驱动机构与之组合起来，采用转环式测头，这样该机即具有坐标测量机的功能。这种测量机可测量圆度、圆柱度、平行度等几何误差，也可测量直径、级差等长度和角度。该机的测量范围为300(X)×600(Y)×700(Z)mm，测量长度时的精度U1=1.2+L/500µm，U2=1.5+L/300µm，U3=2.0+L/300µm。
   
   长期以来，将三坐标测量机与回转工作台组合在一起，才可对齿轮、曲轴、凸轮轴等复杂形状的工件进行测量。Mahr公司的多功能测量机由于可有效利用回转工作台上的空间，因此易于对长尺寸的大型轴类形状进行测量。据称，今后还可进一步扩展至对复杂圆柱形物体进行测量。
   
   在半导体、电子零件或成形用微小模具、塑料制品等复杂细小零件的尺寸、形状测量方面，可采用配装显微镜、CCD摄像机、图像处理设备的非接触式坐标测量机。日本的一些光学机器、测量器、家电等生产厂家，在定位、聚焦、照明、棱边检测等技术领域，已开发出一些各具特色的检测制品，近年来，多数制品均已普及推广应用。
   
   在本届展览会上，有四家公司展出了附加CCD传感器、激光传感器或接触式测头等多个传感器的坐标测量机，共展出三台实物，据样本介绍，共有10余个机种类型。如日本三丰公司展出了快速成像的图像测量机。这些机种的接触式测头传感器可对摄像机难以摄取的错综复杂部分的尺寸或深孔的任意高度尺寸等进行三维测量。由此可见，与利用光学原理的非接触方式相结合，可使坐标测量机具有更为广阔的应用领域。
   
3. 为用户提供方便的产品
   
   英国泰勒—霍布逊公司展出了两种表面粗糙度测量机，这是一种便携式测量机，形体小巧，便于在加工现场或室外使用，也可满足在线测量的需要。该机的测量部分和控制部分是分开的，利用红外线进行信息传输，不通过电缆即可进行远程遥控操作。这种仪器用于那些人手难以达到的部位或在不安全环境内进行测量，极为方便。在扩大测量机的使用范围，提高操作性能方面，霍布逊公司的产品作出了有益的探索。
   
   布拉纹公司展出一台三坐标测量机，牌号为GAGE 2000R，它采用卡尺和千分尺等简单操作原理，揿动按钮即可进行测量。测量结构可按卡尺测量的图像或千分尺指针的图像，显示在操作屏幕上，非常便于用户操作和对测量结果进行分析判断。

不断提高测量仪器的质量

1. 提高测量水平与新型关键技术
   
   伯阿脱公司在会上展出了一台多传感器三坐标测量机，该机采用了新的测量原理，机上配装了称作光纤测头的微小球体，微小球体作为接触式测头使用；同时，由于它同显微镜图象处理的非接触式测量装置相连接，因此，可对微小孔的边槽尺寸形状进行高精度测量。利用此种新型测头可对φ50～100µm的微小孔进行精密测量。微小球体端部的最小半径为12.5µm，球体与光纤连接在一起，既可作为测头使用，同时还可充作照明装置。这种光纤测头具有良好的挠曲特性，让其接触微小孔内璧，通过光纤照明的球体位置，可由CCD传感器检测出来，进行图象处理后，即可计算出小孔的尺寸、形状。过去，测量微小盲孔或深孔中间部位的尺寸、形状，通常都采用CCD传感器或激光传感器，由于系垂直照明，光亮度有限，检测时不能获得足够的光量，因此深孔中间部位的测量十分困难。伯阿脱公司的新型技术克服了迄今测量深孔尺寸、形状的难点，非常便于在生产现场对微小零件进行多种测量和检查。
   
   Zygo公司展出了一台非接触式三坐标表面形状测量机，型号为New Bure 5000，其纵向分辨率为0.1nm，可高速测量精密加工零件的微细形状。最大测量范围为5.2mm×7.0mm，纵向最大测量范围为5mm。与装有扫描测头显微镜等高分辨率的测量机相比，Zygo公司的新产品可在纵向和横向的极广范围内进行三维测量。该测量机利用了具有白色光干涉条纹的相位调制干涉方式和独家开发的高速解析软件等新技术，其纵向扫描速度为10.5µm/s，其特点是分辨率高，可进行较广范围的高速测量作业。
   
   西铁城钟表公司与另一公司合作开发出一种利用并行机构的复合式载物台，具有六自由度定位功能，深受观众注目。该机采用公司自制球轴承，载物台坚固耐用，位置及置放形式易于控制。其行程如下：X、Y为25mm，Z为10mm，定位精度0.3µm。
   
   上述各种测量机的复杂运动均能平稳进行，并可保证良好的测量精度，对工作台结构也进行了大量改进，这些都是提高测量精度的基础性关键技术。这些新的基础技术使上述测量机有望广泛应用于复杂曲面的加工过程或微小零件及成组工程等的测量领域。
   
2. 控制工艺过程的测量技术
   
   英国Renishaw公司展出了新开发的NCI非接触工具测量系统，主要用于机床上工具的调整和运转状况监视。该系统应用了可视激光，便于对工具位置进行随机测量，可缩短定位时间和防止因工具不当而产生的加工失误，使加工效率和加工质量得到进一步提高。
   
   日本三丰公司展出了新开发的Measur Link系列，这是一种测量数据网络系统，可以实时汇总和解析测量工序所获取的产品质量相关数据，生产线和管理部门利用该系统提供的数据，进行质量管理。三丰公司为此开发了一系列相关软件，供用户选用。例如，其中有一种供测量部门应用的工艺管理程序，它可将各种测量仪器获取的测量数据送至微机终端，并绘制成管理图或示意图，实时显示出来，便于早期发现异常现象，可有效防止加工不良情况的出现。
   
   随着信息技术的迅猛发展，许多企业都已大量采用微机和不断完善企业内部的网络系统。因此，利用综合显示生产现场状况的监控系统，充分利用信息资源，严密监控加工质量，是各公司今后需要不断努力的技术攻关方向之一。

努力降低测量成本