机械制造领域测量技术的发展研究

唐明幸

摘要：测量技术是机械制造领域十分重要的组成部分，因为其特殊性，被称为机械制造行业的眼睛。机械制造技术中的创新以及应用，直接决定了测量技术的发展方向。现阶段，我国在经济以及技术上的发展是比较快速的，而测量技术的先进程度则成为我国未来几年制造行业发展的关键。本文主要对机械制造测量理论进行系统化的分析，然后根据我国机械制造行业的发展特点，来对未来几年机械制造领域测量技术进行预测，这对于机械制造行业的发展来讲是非常重要的。

关键词：机械制造;测量技术;发展方向

机械制造行业测量技术主要从两个方面进行阐述，即机械设备的测量和加工测量。前者主要是对机械加工设备的一系列性能进行测量，包括机床及其连带设备的力学、运动学等测试。后者则是就被加工对象的几何测量为主。对于机械制造行业来讲，几何测量占据了大多数。

一、测量技术理论概述

在开展测量的时候，人们需要制定切实可行的测量方案，完善测量系统，构建测量模型，最后利用测量软件进行程序测量。在测量的时候，需要很多的测量理论进行支撑，其中最为关键的理论便是误差理念。由于测量理论之间存在着的差异性，可以将其划分为两种，即静态和动态的测量理论。

（一）静态测量精度理论

目前，该种测量精度理论已经相对成熟，在机械制造测量工作中的应用比较常见，我们可将静态测量精度理论概括为几下特征。

1.系统误差特征

系统误差需要遵守确定性规律。系统误差是能够进行补偿的，但是这种误差补偿本身也会存在着一定的误差。

2.随机误差特征

随机误差需要遵守随机分布的规律。在处理随机误差的时候，往往按照随机分布的统计原理进行处理。

3.粗大误差特征

粗大误差具有较高的偶然性，没有固定的规律。不过因为粗大误差对于测量的影响比较大，因此在处理粗大误差的时候需要提高警惕性，否则测量很有可能出现大问题。

4.测量不确定度特征

在处理不确定度的时候，不仅仅需要给出相应的测量值，还要对该测量值的不确定度进行分析。在传统的测量准确度分析上，一般是以真值作为标准，对测量进行范围评定。现阶段的测量准确度，则是以实际测量值为标准，对真值的分部进行判定。将实际测量值作为标准，相比于具有未知性的真值来讲具有更强的操作性。

5.测量误差的分解特征

测量误差是将不同的环节组合在一起，然后有针对性地采取对应手段，来尽可能地减小测量误差。其中在分解测量误差的时候，需要运用到尺寸链理论。

二、动态测量精度理论

在测量领域，动态化的精度测量是非常重要的，其技术要求比较高，测量也更加精准，不过它的成熟度相对较差。因为该理论尚且处于一个起步阶段，很多内容还在研究的过程中，比较复杂。正是因为动态测量精度理论的各方面都不完善，所以实际应用存在着很大的限制。

（一）全系统动态测量精度理论

该测量精度理论的基础是全面误差源。在检测的时候需要对内部的组成部分误差以及内外干扰因素进行分析，用来弥补传统测量系统中较为常用的黑箱处理方案，进而构建不同单元的误差传递函数，同时还要根据系统的传输关系来构建动态测量系统中的误差模型，近而获得可以反应实际情况的动态测量精度。只不过这种精度理论尚且没有得到广泛的应用

（二）误差分离与补偿技术

误差分离与补偿技术在动态测量系统中占据着比较关键的地位。由于应用的情况存在着一定的差异，导致误差分离手段也存在着不同。这意味着误差分离存在着一定的局限条件。为了对分离和补偿技术进行完善，提出了很多切实可行的方法。但是国内研究进展比较缓慢。

（三）误差分解与溯源理论

在全系统动态精度理论中，同样存在着误差分解，且误差分解和溯源理论紧密地联系在一起。想要有效的应用误差分解理论，需要对测量系统内部的各个结构单元进行深入的分析，从而找出误差较大的部分，进而从源头上寻找到误差，进而采取相应的手段来提升测量系统的精度。

（四）动态测量的精度诊断技术

精度损失诊断技术是一种逆向应用，它同样将误差分解和溯源理论作为基础。主要应用在测量被测对象的精度上。

三、机械测量学科未来发展中的重要科技问题及发展趋势预测

机械测量技术对于该行业有着较大的影响技术，虽然现阶段测量技术大多是比较傳统的几种，但是在机械制造领域中，未来几年，测量技术可能会得到迅猛的发展。那么机械测量存在着哪些问题？以及对应的处理方法是什么呢？

（一）机械制造中的全新测量技术问题研究

在机械制造测量之中经常会利用到各种全新的测量手段，如纳米级别的超精密测量、超大尺寸的精密测量、数字化测量等。在未来的机械制造中，甚至还可能出现精密度更高的激光测量和电磁波测量。不过这些测量技术难度较高，且应用的空间较小，一般都是应用在测量尺寸或者测量规模较大的行为上，例如长度高达几十米的同轴度测量，或者某个平面上的超大平面测量。虽然测量的尺寸和规模较大，但是对于精度的要求依然严格，如对于空间位置的测量、轴距测量这些内容一般都需要达到微米级的单位。如果不采用这些高精端的尺寸测量方式，很难达到相应的要求。此外在进行空间定位测量的时候，无导轨测量技术以及高速坐标跟踪测量技术可以发挥出较为出众的作用，尤其是高速跟踪测量技术，其跟踪速度可以达到每秒10米。在这种技术的基础上，定位测量以及几何测量可以达到几毫米到几十微米的误差。这些全新测量技术可以为机械制造带来全新的变革。不过，目前大多测量手段都是在同一维度的。随着科学技术的发展，尺寸测量可能还会从一维测量向着多维测量的方向发展，误差补偿也可以达到纳米量级。

（二）计量学的相关问题研究

计量学主要研究的问题是基标准以及相关测量理论的研究，争取达到自校准和自标定的目标。在未来的发展中，免形状测量便会应用在机械制造行业之中，并进行大规模的使用。何为免形状测量？在测量的过程中，没有必要去纠结被测对象的形状，即使不知道它的相关参数，仍然可以测量出它的几何尺寸以及形状误差。这种高精端测量的思路主要是获取与被测对象轮廓一致的数据微粒，然后得到该数据微粒轮廓的几何特征。于此同时，建立与该轮廓相关的测量模型，利用数据处理软件以及误差分析软件，将数据为例轮廓与理论模型进行对比，然后根据几何形状类型判断准则，来确定被测对象的形象以及误差。

免形状测量的应用能够明显解决掉三个问题，即模型构建、形状判定以及形状误差分析。将此测量手段应用在机械制造之中，可以凸显出以下优势。首先，仪器本身就是一个可操作性的平台，不受被测对象的束缚。其次，可以反向推理出位置的形状。最后则是可以减少其他测量工具的使用。这意味着机械制造测量人员的工作强度大大下降，在其他设备上的资金投入也显著降低。

除了上述的免形状测量之外，基于运动的虚拟综合测量模式也会在未来的机械制造行业进行有效的应用。这种测量技术主要是针对传统的螺纹测量手段来讲的。该测量技术手段主要是依靠传感器这种工具。在传感器的运动下，可以获得虚拟的数字轮廓。这种数字化轮廓既可以模拟实体的测量表面，也可以根据传感信号来得到实体的对应参数，在辅以相应的数据分析方法，便可以得到被测螺纹的大体形状以及位置误差。与传统的综合测量方法相比较，该方法不仅可以判断生产的螺纹是否符合标准，更是可以直接给出具体的参数。不过这种测量手段对于传感技术和数字化技术的要求比较高，在短时间很难进行应用。但是如果这种手段问世，并将其应用在螺纹的设计与测量上，可以得到高精度的螺纹。

（三）基于新型传感原理的测量仪器

伴随着物理原理以及科学技术的进步，全新的测量仪器逐渐应用在了机械制造行业之中，解决了传统测量手段中存在着的各项问题，以新型赛曼——双折射双拼激光器为例，该测量仪器主要是借助双拼干涉仪来提升测量速度。再比如，自定标位移传感器则是借助激光腔镜中的两偏振光让测量更加准确。这些全新的测量仪器大多是以传感或者遥感技术为核心。之所以这种类型的设备还没有出现便是因为我国的传感以及遥感技术还处于发展的阶段。

（四）抗干扰能力强、可靠性强的测量技术

在机械制造中，抗干扰能力以及可靠性强的测量技术很重要。在对被测对象进行测量的时候，常常会遇到测量环境比较恶劣的问题，而适当的误差补偿技术则可以有效弥补因为环境恶劣而导致的测量数据误差过大问题。目前，车床误差补偿主要是存在于机构誤差以及热形变误差之中。神经网络与建模的方法在机床热变形补偿中也已经取得了一定的功效。如果针对其薄弱项目进行进一步的完善，那么势必会在机床误差补偿中广泛应用。对于一些高精度的机床，普通补偿方法存在着较大的局限性，而实时补偿则是可以显著改善这种问题，进而弥补传统补偿方法的劣势。尤其是在测量一些不符合刚体模型的零件时，实施补偿的优势将会体现得淋漓尽致，不仅可以给定测量范围，还可以实现最佳补偿。

（五）小尺寸零件的测量技术

在测量的过程中，小尺寸零件也是比较常见的测量内容。在对这些小尺寸零件进行测量的时候，传统的测量方法很难保证精度，因此，需要采用一些较为特殊的测量手段。例如，在靶向测量技术便是测量小尺寸零件的重要工具。不过这种技术及其配套工具尚且处于研发阶段，相信用不了多久便可以正式应用在测量系统中。

四、结语

总体来讲，我国在机械制造数据测量方面虽然有着一定的进步，但是这种进步比较小，仍然存在着较大的发展空间。相信在不久的将来，各种高尖端的数据测量技术问世，将会促进机械制造行业的迅速发展。这就需要国家进一步加强在尖端技术领域的开发研究，重视新型科技人才以及一线操作人才的培养，形成较为完善的测量技术体系。

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