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1、机械制造中测量技术发展特点与重要性 研究极限制造提出的各种新的测量问题，包括微纳米超精密测量方法，超大尺寸精密测量方法和制造现场的非接触、数字化测量。今后510年，多波长或可调谐新型激光器，激光二极管绝对测长技术。高速短程激光测距以及其他波段电磁波测距技术，将用于超大尺寸测量的形位误差测量，包括几米至几十米长度的同轴度测量，大平面的平面度测量，大工件元素间位置度测量，大轴圆度、圆柱度测量，测量的精度达到微米量级。基于无导轨测量技术，高速坐标跟踪测量系统，动态几何量测量理论的车间范围的空间定位系统，可以达到实际应用水平，使得在方圆十几米的范围内，任一点坐标定位误差在几十微米至几毫米，跟踪速度达到
2、10州s。WPS的出现将给系统设计、制造、装配，带来全新的变革。未来510年，微纳尺寸测量将由一维测量向多维测量发展。以分子测量机为代表的纳米测量仪器的运动学设计，违阿贝原则和动态测量的误差补偿，热误差、隔振、空气折射率变化补偿将取得重要进展，在250mm250 IIlIn5 mm范围内，标准测量不确定度达到10衄量级。 计量学的基本问题的研究，重点是基标准及相关测量理论研究，实现各种自标定、自校准的溯源要求。今后510年，“免形状”(Fom雠e)的测量模式将会得到应用并出现商业化产品。免形状测量的基本思想是：基于零件“小偏差假设”，精密量仪不依赖被测对象的几何形状、无须知道几何参数、无须精密
3、定位的情况下，也能进行几何尺寸和形状误差测量与评定。基本思路是：通过高精度测量，获取与被测轮廓相一致的离散“数据微粒”，以此提取该轮廓的几何内在特征量：同时建立常见轮廓(如圆、螺旋线、渐开线、二次曲线等)及其内在特征量的理论模型；利用数据处理与误差分析软件，将被测轮廓的实际特征量与理论模型经过多次逼近比较，根据几何形状类型识别准则，进而确定形状类型并进行误差评定。免形状测量的研究主要将解决3个关键问题：测控模型、形状识别和形状误差评定。该方法的优点在于：一台仪器就是一个“开放的”的平台，不依赖被测对象；实现未知形状的反求；在新的测量模式下，大大扩展了精密量仪的功能。大大减少了仪器的配置；更彻底
4、地避免了操作人员的干预，有利于提高测量精度并降低了人员的劳动强度。 应用新的物理原理及新的技术成就，发现新型传感原理并设计发明性能更好的新型测量仪器，解决机械制造中出现新的测量问题。预计今后5年，新型塞曼一双折射双频激光器的出现将极大地提高了双频干涉仪测量速度；基于HeNe激光腔镜移动中两偏振光相互竞争原理将使自定标位移传感器的性能大大提高。 研究适合机械制造在线测量的快速高效、抗干扰能力强、高可靠性的测量技术。由于在线测量的特点是测量环境相对恶劣，所以合理地采用误差补偿技术将会受到重视并投入更多的研究。目前已有机床误差补偿主要限于机构误差与简单热变形误差，误差补偿技术将用于动态误差与比较复杂
5、的热变形误差。神经网络与建模的方法在机床热变形补偿中已获得一定成效。它必将进一步发展与完善。在一些高精度加工机床中，实时补偿的应用也将扩大。机床不符合准刚体模型时，采用实时误差补偿有一定优越性，将研究给定测量范围、给定测量任务进行最佳补偿12M。 复杂、小尺寸零件的测量(毫米级)。该级别的测量任务既不同于常规尺寸测量，也不同于极限尺寸的测量，需要采用特殊的测量方法。由于生产需求和零件质量控制方法的缺失，如核聚变微靶零件及其装配定位等，今后510年，一批适应复杂、小尺寸零件测量的专业仪器将不断问世。 在比较大的差距。就目前机械制造中测量技术发展的突出的问题，建议如下。依托国家重大专项，高度重视机
6、械制造一线的测量技术重大需求和出现的新的测量问题。重点关 注包括新型传感原理及传感器研究、超大尺寸，微纳米级精密测量，先进制造的现场、非接触、数字化测量、仪器智能化、基标准及相关测量理论研究，复杂型面的检测等基本问题。加大投入，力争在未来10年，形成适应我国先进制造需求的测量技术体系。极端制造中的测量技术成为测量中的前沿技术随着MEMS、微纳米技术的兴起与发展，人们对微观世界探索的不断深入，测量对象尺度越来越小，达到了纳米量级别；另一方面，由于大型、超大型机械系统(电站机组、航空航天制造)、机电工程的制造、安装水平提高，以及人们对于空间研究范围的扩大，测量对象尺度覆盖范围越来越大，目前已达l旷
7、102m的范围，相差11个数量级之巨，机械制造中从微观到宏观的尺寸测量范围不断扩大。在此背景之下，微纳制造、超精密制造、巨系统制造等系统中，传统的测量方法和测量仪器受到极大挑战，出现了纳米尺度表征以及参数量值的统一和溯源等许多新的科学问题和工程技术问题亟待解决。 从静态测量到动态测量，从非现场测量到现场在线测量 现代制造业已呈现出和传统制造不同的设计理念，机械制造中的测量技术已不仅仅是最终产品质量评定手段，更重要的是为产品设计、制造服务，为制造过程提供完备的过程参数和环境参数，使产品设计、制造过程和检测手段充分集成，形成具备自主感知内外环境参数(状态)，并作相应调整的“智能制造系统”，使测量技
8、术从传统的“离线”测量，进入到制造现场，参与到制造过程，实现“在线”测量。 测量过程从简单信息获取到多信息融合 先进制造中的测量信息包括多种类型的被测量，信息量大，包含了海量数据信息。这些信息的 可靠、快速传输和高效管理以及如何消除各种被测量之间的相互干扰，从中挖掘多个测量信息融合后的目标信息将形成一个新兴的研究领域，即多信息融合。 几何量和非几何量集成 复杂机电系统功能扩大，精度提高，系统性能涉及多种类型参数，测量问题已不仅限于几何量。而且，日益发展的微纳尺度下的系统与结构，其各种因素的作用机理和通常尺度下的系统也有显著区别。为此，在测量领域，除几何量外，其他机械工程研究中常用的物理量，如力
9、学性能参数、功能参数等，业已成为制造中测量技术的重要研究对象。 制造设备交互操作国际标准正在酝酿出台调查结果显示：机床制造业在利用计算机技术和成果方面至少落后了一代，在机床制造这一行业中，形成了许多彼此互不联系的“制造孤岛”。这 种状况造成的结果是，制造企业无法充分实现生产现场的优化配置。美国机械制造技术协会2008年启动200万美元资金，旨在开发一整套有关制造设备交互操作(MTConIlect)的开放型国际标准。该标准下的“制造设备交互操作系统”，将利用“可扩展标示性语言”(xmI)的计算机语言写成的中间体软件，实现工厂优化配置软件和生产现场的无缝连接，包括利用互联网实现远程共享。目前该标准
10、的制定已引起世界制造业的广泛关注，得到众多全球制造技术提供商的支持。可以预测，今后几年，标有“制造设备交互操作系统兼容(MTComlectcompliant)”标志的制造技术产品，将给制造业带来革命性的变化，把生产力水平提升到以往只能梦想的高度，给2l世纪的制造业带来崭新的面貌。机械科学的发展及制造技术的进步，深刻影响着传感、测量和仪器的研究。新型测量问题的不断出现，研究内容的不断更新，使得测量技术研究，必须以发展的眼光，前瞻性思维，立足于要解决的主要问题，提倡学科交叉，重视应用基础研究成果，研究新的测量原理、方法、技术和典型解决方案，为机械科学和先进制造提供町靠测量技术支持。世界先进国家十分
11、重视测量技术在制造过程的应用水平。先进的测量原理不断地充实测量技术，仪器的功能不断提高，高端的测量方法继续向生产靠拢，促进了在线、原位测量技术的应用和发展。目前比较活跃，与我国制造业密切相关的测量技术可以归纳为以下几方面。 数字化测量技术及其量具不断丰富和发展，适合并满足了生产现场不断提高的使用要求。各种带有测量数据统计处理功能及打印输出功能的测量仪器，已经在生产一线广泛应用；德国ingelnberg公司、美国M&M及Mahr公司的齿轮测量中心，其仪器的测量不确定度可达2岬，可检测各种齿轮类零件及各种齿轮刀具；Zoller、K-elch等公司CCD数字式对刀仪系列产品测量过程全自动化，具有刀具
12、管理数据库，能与多台数控机床通信，自动实现机床加工位置参数信息的闭环反馈。将现代测量技术及仪器融合、集成于先进制造系统，从而构建成完备的先进闭环制造系统，为“零废品”制造奠定了基础。格里森公司及克林格贝尔公司，采用先进的齿轮测量中心及相应的齿轮测量软件，与CNC齿轮加工机床相连，实现了圆柱齿轮、弧锥齿轮的CADC舢CAI的闭环制造；walter公司生产的HeIicheck刀具万能测量仪，可实现数控刀具的自动化、非接触式测量。通过OTC刀具在线补偿系统，与Heli仃onic数控刀具磨床实现在线连接；将实测值和设计值进行比较后，实时修正机床磨削参数，确保了复杂型面数控刀具的加工质量；日本大阪精机将
13、齿轮测量仪器和剃齿刀磨床通过计算机联系起来，构成一个闭环的剃齿刀磨齿系统：将初磨后测量的结果和剃齿刀数据库中的参数进行比较，再对磨齿机加工参数进行修正，从而保证精磨合格。 在线在机测量技术成为大批量生产时保证加工质量的重要手段。计量型仪器进入生产现场、融入生产线，监控生产过程。仪器本身的可靠性、高效率、高精度以及质量统计功能、故障诊断功能进一步提高，满足了在线测量的要求。高精度数字化传感器的测量精度已实现从微米级向纳米级的提升，数字化测量仪器与机床集成进入生产现场，组成数字化加工系统：数控集成误差、工件毛坯安装误差及其环境误差的软件补偿技术得到进一步推广应用；非接触式扫描、视频测量技术和仪器备
14、受重视；测量信息的无线传输和网络远程服务，进一步将被动型质量检测转换为主动型质量控制。 大尺寸、复杂几何型面轮廓测量技术及仪器快速发展。Poli、F鲫da衄公司的多关节式坐标测量机，采用了高精度光栅和内置平衡系统，且带有温度补偿，精度可达O025删“12m球；加拿大EAGLE精密技术公司的EPTTMs100弯管测量系统，具有接触式和红外非接触式两种测头，以及与数控弯管机全兼容的零件库和误差校正信息库，可与数控弯管机集成为一个完整的、信息融通的闭环弯管制造系统，特别适用于航空发动机制造业；API的6维激光测量系统、公司的激光跟踪测量仪，带有红外激光绝对长度测量，可用于大尺寸复杂形面轮廓的测量。机械制造中测量技术发展特点与重要性 班级： 学号：姓名：
