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| | | 提高測量技術的重要性 | | | 提高測量技術的重要性 |
| | 2006-9-14 0:00:00 來自：廣州精密儀器網 | 在高質量產品的制造和高效率生產環境的構建中，測量技術起到了很大的作用，其重要性與日俱增。尤其在生產國際化、全球經濟一體化迅速發展的時期，要求不同地區生產的高精度零部件，必須具有良好的互換性，因此，急需建立一種基于國際標準的擁有極佳測量精度及可靠性的測量體制。為了滿足上述要求，精密測量儀器必須具有更高的精度、質量和可靠性。各個儀器生產廠商也都在積極開發功能更強、服務性能更好的新產品，而從中我們可以看到測量儀器的最新動向。
加工和測量猶如車上的兩個輪子
近年來，隨著經濟的復蘇，制造業設備運轉率不斷提高，長期處于不景氣的測量儀器生產也有較大的增長。日本通商產業省機械統計資料表明，2003年精密測量機（含光學測量機）的產值比2002年增長20.7%，2004年1～6月，比2003年同期增長22.1%。
目前，生產現場非常重視提高加工效率和降低生產成本，其中，最重要的便是生產出高質量的產品。為此，必須實行嚴格的質量管理，只有在保證高質量生產的前提下，制造業才能生存和發展。作為保證制造業順利發展的重要手段，高精度零部件構成的加工機床和由高精度測量儀器組合集成的加工生產線構建成的自律式加工系統，是很有必要的。據此可以預計，今后，市場對用于質量管理的測量系統和機器設備的需求將不斷增長。
制造業生產現場對測量儀器及裝置的要求大致如下：①能夠適應廣泛范圍的環境溫度；②抗污染和防振動性能優異；③測量重復精度高；④使用方便。目前，各廠家以便于在加工環境使用為前提，正積極地開發新產品，這些新產品能夠進行高速、高精度測量，而且穩定性極佳，操作便捷。
在測量技術方面，日本精密測量儀器工業協會常務理事龜井明敏指出：“任何一種加工設備，無論其多么先進，均會出現由熱變形引起的偏移和由工具磨損產生的誤差，而要掌握這些偏移和誤差，則必須依靠測量技術。”龜井認為，在現場加工過程中，進行測量作業的目標應該是：“①判斷產品質量是否合格：即在加工過程中配置測量環節，保證其能夠進行最終加工；②檢測工具磨損、熱變形等引起的誤差：根據輸出的補償信號，采取相應的措施；③選取生產節拍和制品精度的最佳配合：不僅要保證所選適應技術等絕對精度，還應保證獲得相對精度，從而提高總體生產效率。在這些過程中，測量技術起著舉足輕重的作用。”
不久前舉辦的第22屆日本國際機床工具展覽會（JIMTOF 2004）上反映出，人們普遍認識到測量技術在產品質量管理中的重要作用，因此，在測量儀器相關展臺前，參觀者總是絡繹不絕。
提高測量技術的認識
在汽車零件及其它各種機械零件的測量中，目前已大量采用三坐標測量機，在電氣及電子零件測量方面，則大量采用顯微鏡或圖像測量儀。隨著加工精度的提高，測量精度的要求也不斷提高。目前，測量精度達1μm以內的超高精度三坐標測量機、顯微鏡、圖像測量機等已開始普及。其中，初項（首項）誤差為0.35μm的三坐標測量機已投放市場。另外，整個零件均采用攝像頭（照相機）或激光進行測量，并可對尺寸測量及整體形貌進行評價的測量機也已大量使用。
近期，人們對大幅度提高測量精度極為關注。原來為0.1mm左右的精度，現在已能達到10μm甚至幾μm的水平。帶攝像頭的專用測量機或三坐標測量機已配置帶有在線激光測頭系統等附屬裝置，使之具有多種測量功能。另外，推出的能與接觸式測頭自動切換、配備輕而小的圖像測頭的三坐標測量機，可在一臺儀器上實現接觸式和非接觸式的測量。
如何抑制高速運動和加減速時產生的振動，提高測量機的可靠性，也是人們關注的問題。各公司在設計產品時，均盡可能提高測量機的剛性和采用高水平的驅動控制技術，以減輕測量過程中的振動。
目前，在測量儀器制造業中，各方面均占有很大優勢的三豐公司（Mitutoyo）、德國卡爾蔡司+東京精密及海克斯康集團（Leitz、Brown&sharpe、DEA、Tesa、Sheffield及其他）形成了三大巨頭鼎立態勢。當然，還有一些公司分別以其獨創的技術，盡可能開展一些有別于同行企業的營銷戰略。譬如阿卡西公司就特別重視抑制振動的技術，為了滿足用戶對高靈敏度、高分辨力振動消除器的需求，該公司將進一步擴大多種振動消除器系列產品的銷售業務。大塞公司是一家自動測量檢測機生產企業，該公司將根據市場需求變化及不同用戶的特殊需要，開發出新的軟件技術，以滿足用戶的需求。
更高精度要求的應對和競爭
目前，尺寸精度已經由單純的長度測量進入了綜合的形狀測量階段。隨著制品不斷向高精度和高質量化發展，對測量技術也提出了更嚴格的要求。
作為長度基準的測量尺領域內，一方面長度增加和高分辨力是發展的趨勢，而對應于按順序對微細刻劃線技術的增量式測量，已經開發出不計數就能檢測出測量尺位置的絕對式測量尺。索尼公司已開發出短波長磁尺，牌號為SR33/34，并已作為商品投放市場，這種刻度尺采用高密度磁性材料，抗環境干擾性優異，操作方便，采用屏蔽式結構，響應速度為150m/min。
用于角度測量的圓編碼器（角度傳感器）也已開發出可進行絕對測量的新產品。如海登海因公司已開發出可檢測絕對位置角度的絕對測量型圓編碼器RCN827，其特點是：①采用φ100mm大口徑中空軸；②外表設有油槽，可排除冷卻潤滑液；③配有自共振頻率范圍廣的軟件，可控制性能良好；④最高操作速度300rpm；⑤最小分辨力為27bit/r。
為了滿足設備小型化的測量要求，西鐵城鐘表公司開發出30×16.5mm極小尺寸的長編碼器測量單元，最小讀數1μm，量程3mm。
在齒輪測量方面，對形狀精度要求極為嚴格，大阪精密機械公司開發出一種高精度齒輪測量儀MGL－26（見圖1），其特點是：①采用高精度激光位置檢測傳感器，可精密測量出齒面形狀；②可自動計算出誤差值；③由于采用激光測量，可避免過去測量機驅動系統產生的振動；④測量重復精度0.3μm，最小分辨力達1nm。
在軸類工件測量方面，已開發出采用CCD陣列傳感器的非接觸測量技術，可在數10s時間內，測量出旋轉軸的長度、直徑、同軸度、圓度、重直度及跳動等多種數據。如Tesa公司開發出一種CNC非接觸式軸類零件測量儀TESASYDN，其測量精度為2+0.01Dμm（D為被測量件的直徑）。
微細、小型零件的測量不斷增多
在圓度、圓柱度測量儀方面，對其測量精度的要求進一步提高，尤其是隨著微小孔和微細零件測量需求的增多，各公司相繼開發出能夠滿足高精度測量指標的產品。
Taylor Hobson公司開發出一種全自動圓度測量儀Talyrond295，其特點是：①依靠高速調同心和調水平機構，工件能很容易的迅速調整安裝。由于工件和儀器發生干涉的可能性小，測量范圍廣；②采用新開發的可動防振臺、防風罩，測量精度穩定；③在機器校正方面，已獲得英國UKAS（英國檢測協會）的檢測鑒定保證書規定的各種相關數據，便于用戶購置該機后，進行對比檢測；④配有高速找正機構及水平測量器，工件可快速定位進行測量。該公司負責人指出：“目前，圓度測量儀和表面粗糙度檢查儀雖已制定了行業標準，但只能在表面質量和圓度精度測量方面滿足用戶的需要。隨著自動化的迅速進展，廣大用戶要求快速測量工件的整體形狀精度，這已成為該領域近期的發展趨勢。”“該領域目前正由接觸式測量向非接觸測量過渡，Taylor Hobson公司開發出一種綜合測量儀CLI 2000，可在大范圍（□200mm）采用接觸式和非接觸式兩種方式進行測量。公司還銷售一種與超精密鏡面加工機床NANOFORM850（納米級）配套的測量儀，目前，公司正以超精密測量技術為戰略性開發方向。”
在表面粗糙度測量方面，各公司已開發出能一次將表面粗糙度和輪廓形狀檢測出來的表面形狀測量儀。如三豐公司的CS-5000CNC，可自動測量工件的表面形狀，而且可同時對多個同一類型或不同類型工件進行測量。東京精密公司開發出一種牌號為SURFCOM 2000 DX的測量儀，驅動部分采用直線電機，可實現低振動高速驅動，測量精度和測量效率均大幅度提高。
激光測量系統方面，雷尼肖公司開發的ML 10測量系統適用于機械加工現場，可保持很高的可靠性，定位精度為±0.7ppm（0～40℃條件下），分辨力為0.001μm，可用于超精密測量領域。東京貿易技術系統公司的LeiYD激光跟蹤儀，利用激光線性光傳感器進行非接觸測量，測量范圍的半徑達40m，測量精度為25μm/2.5m。
在圖像測量系統方面，三豐公司開發出一種快速掃描系統Quick vision，它可以不停止地進行高速圖像測量，測量效率比過去提高數倍。YKT公司開發出的顯微攝像系統，是在美國OGP公司生產的直接錄像顯微鏡（VDM）上使用配置光纖光源的EDF鏡片，能顯示出大深度小孔和看不見的被測物體，獲得彩色三維圖像。
接觸和非接觸測量的優劣之爭
三坐標測量機是形狀測量的主導產品，目前，三坐標測量正在開發能夠適應測量環境變化的新機種，這種新型三坐標測量機在保持原有精密測量性能的前提下，可以離開恒溫恒濕的測量室，在機械加工現場或裝配到機床上使用。例如三豐公司開發的新產品MACH－V9106，便是一種可進行在線測量的三坐標測量機，它具有很高的測量效率，最大移動速度866mm/s，最大加速度0.86G，指示誤差E=2.5+3L/1000μm。該測量機的環境適應性能十分優異，標準產品帶有溫度補償功能，可在15～35℃環境條件下使用。
東京精密公司開發出一種能適應環境變化的三坐標測量機GageMax（與卡爾蔡司公司合作生產），它不需要專用檢測室即可進行高精度測量。GageMax為懸臂式測量機，所需安置面積較小，可實時處理生產線上反饋的信息，為了補償工件溫度變化，測量機配有相應的溫度傳感器，在15～40℃的環境條件，可保證獲得良好的測量精度。
DEA開發出了DCC GAGE 等CNC三坐標測量機，并已正式投放市場。這種測量機采用獨立的二段減速系統，可進行高速測量，移動速度305mm/s，加速度為290mm/s2。
目前，在幾何參數測量方面，由于精度要求和傳統操作習慣的緣故，測量時大都使用接觸傳感器。不過，隨著非接觸式傳感器品種的增多，非接觸式測量的范圍正在不斷擴大。非接觸傳感器的測量效率非常高，如在自由曲面整體評價或厚度判斷、反求工程等領域的測量中，可快速連續獲得由數萬個點形成的點陣參數。工件形狀變得復雜時，非接觸傳感器的姿態也將隨之相應改變。因此，采用按編程可自動改變測量形式進行精密測量的三坐標測量方式，對提高測量效果將更為有利。
接觸式和非接觸式測量方法孰優孰次，是測量技術行業長期議論的話題。有關人士指出：“近來，非接觸式測量雖已逐漸成為主流，但要獲得高度精確的測量值，則仍需進行接觸測量。非接觸式測量速度快，可減輕對工件的損傷，與接觸式測量相比較，優點很多。但在測量精度和穩定性方面，接觸式測量仍高出一籌。接觸式測量是測頭與工件表面的某一個點接觸進行測量，沿著工件形狀進行掃描，可在短時間內高密度地獲得大量點數，測量點數越多，越能獲得更為正確的形狀參數。”
測量技術的展望
通過問卷調查，測量機用戶的需求動向和測量技術的發展前景可歸納如下：
（1）“隨著防振要求的提高，測量機正向兩極分化的方向發展，面向汽車行業用戶的測量機，通常均為價格較便宜（不需要很高精度）的機種，另一類則是用于設備檢測、防災、防震領域的高靈敏度機種。根據不同的用途，要求開發相應的最佳測量技術。”（阿卡西公司）
（2）“刀具預調測量儀，目前正由投影儀類型向監測器類型轉變。”（大阪工機公司）“儀表校正等精密工具的測量需求增多。”（柯靈斯公司）
（3）“特殊零件的測量增多，這些零件采用接觸式測量時，往往會因測量力而變形；采用非接觸式測量又易出現精度不穩定，因此，需要開發新型測量技術。”（西鐵城鐘表公司）
（4）“市場需要易于操作的非接觸式測量技術。”（FARO日本公司）“測量技術應便于操作，且具有多種功能。同時，應配裝千分尺和個人計算機等裝置，提高測量機的附加值。”（大塞公司）
（5）“用戶希望開發出高精度、高速、低價格的齒輪測量機。”（大阪精密機械公司）
（6）“汽車行業存在著減少最終集中測試的趨勢。主動檢測和在線（序后）檢測等在加工中得到推廣應用。其中，在保證質量方面，許多用戶希望測量技術能實現數據的無線傳輸。”（日本電氣）
如上所述，測量技術的主攻方面仍然是進一步提高測量精度；同時，人們對測量技術的重要性和存在價值的認識應大幅度提高，這是測量技術今后不斷發展的巨大推動力。 |
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