儀器儀表測(cè)量控制的測(cè)量原理和測(cè)試方法

       *技術(shù)的發(fā)展日新月異，精密測(cè)試技術(shù)應(yīng)該適應(yīng)這種發(fā)展。精密測(cè)試技術(shù)在機(jī)械學(xué)科中的作用是為*制造業(yè)服務(wù)，擔(dān)負(fù)起質(zhì)量技術(shù)保證的重任。這就要求首先要以提高產(chǎn)品的質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，這也是要達(dá)到的zui重要的目的。其次是精密測(cè)試技術(shù)要提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。因此，檢測(cè)方法要能適應(yīng)快速發(fā)展生產(chǎn)的要求，不能單純?yōu)榱藱z測(cè)而檢測(cè)，更不能因?yàn)闄z測(cè)的要求而影響生產(chǎn)的效益，從更積極的角度出發(fā)，應(yīng)該是由于精密測(cè)試技術(shù)的良好服務(wù)從而促進(jìn)生產(chǎn)能力的提高。根據(jù)*制造技術(shù)發(fā)展的要求以及精密測(cè)試技術(shù)自身的發(fā)展規(guī)律，不斷拓展著新的測(cè)量原理和測(cè)試方法，以及測(cè)試信息處理技術(shù)，就機(jī)械學(xué)科而言，預(yù)計(jì)以下幾個(gè)方面需要發(fā)展。

　　1、零廢品生產(chǎn)中的測(cè)量控制

　　在制造業(yè)中，質(zhì)量保證的理想目標(biāo)是實(shí)行生產(chǎn)的零廢品制造。在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的過(guò)程中，精密測(cè)試技術(shù)的作用和重要意義是不言而喻的。零部件的加工質(zhì)量、整機(jī)的裝配質(zhì)量都與加工設(shè)備、測(cè)試設(shè)備以及測(cè)試信息的分析處理等有關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)零廢品生產(chǎn)，以精密測(cè)試的角度出發(fā)，以下問(wèn)題應(yīng)予考慮：（1）在加工工件前，事先檢測(cè)機(jī)床。如何快速準(zhǔn)確地對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，獲得機(jī)床的精度狀況，這對(duì)大幅度地減少返工，甚至消除返工是非常有益的。當(dāng)然這是包括檢測(cè)設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)。（2）生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)工件進(jìn)行在線測(cè)量或?qū)ぜM(jìn)行檢測(cè)，這就需要研究適合于動(dòng)態(tài)或準(zhǔn)動(dòng)態(tài)的測(cè)試設(shè)備，甚至能集成到加工設(shè)備中的特殊測(cè)試設(shè)備，做到實(shí)時(shí)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果不斷修改工藝參數(shù)，對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整或反饋控制。從精度理論方面也相應(yīng)要研究動(dòng)態(tài)精度理論，包括動(dòng)態(tài)精度的評(píng)定等。（3）研究如何充分利用測(cè)量信息來(lái)實(shí)現(xiàn)零廢品生產(chǎn)。通過(guò)在線測(cè)量數(shù)據(jù)的充分利用，從中分析加工和測(cè)量過(guò)程中誤差分布的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)根據(jù)加工誤差的動(dòng)態(tài)特性和傳感器精度的精度損失特性，以及產(chǎn)品質(zhì)量要求和公差規(guī)定，給出零廢品制造的基本理論模型。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法進(jìn)行準(zhǔn)確的加工質(zhì)量預(yù)測(cè)，做到質(zhì)量超前控制。

　　2、視覺(jué)測(cè)試技術(shù)

　　非接觸測(cè)試技術(shù)很多，特別值得一提的是視覺(jué)測(cè)試技術(shù)?，F(xiàn)代視覺(jué)理論和技術(shù)的發(fā)展，不僅在于模擬人眼能完成的功能，更重要的是它能完成人眼所不能勝任的工作，所以視覺(jué)技術(shù)作為當(dāng)今技術(shù)，在電子、光學(xué)和計(jì)算機(jī)等技術(shù)不斷成熟和完善的基礎(chǔ)上得到迅速發(fā)展。視覺(jué)測(cè)試技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究基礎(chǔ)上的一門新興測(cè)試技術(shù)。與計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究的視覺(jué)模式識(shí)別、視覺(jué)理解等內(nèi)容不同，視覺(jué)測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)研究物體的幾何尺寸及物體的位置測(cè)量，如轎車白車身三維尺寸的測(cè)量、模具等三維面形的快速測(cè)量、大型工件同軸度測(cè)量、共面性測(cè)量等。它可以廣泛應(yīng)用于在線測(cè)量、逆向工程等主動(dòng)、實(shí)時(shí)測(cè)量過(guò)程。視覺(jué)測(cè)試技術(shù)在國(guó)外發(fā)展很快，早在20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局就預(yù)計(jì)，檢測(cè)任務(wù)的90%將由視覺(jué)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)完成。美國(guó)在80年代就有100多家公司躋身于視覺(jué)測(cè)試系統(tǒng)的經(jīng)營(yíng)市場(chǎng)，可見(jiàn)視覺(jué)測(cè)試系統(tǒng)確實(shí)很有前途。在1999年10月的北京機(jī)床博覽會(huì)上已見(jiàn)到國(guó)外利用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)研制的儀器，如流動(dòng)式光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、高速高精度數(shù)字化掃描系統(tǒng)、非接觸式光學(xué)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等*儀器。

　　3 測(cè)量方式向多樣化發(fā)展

　?。?）多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場(chǎng)中的應(yīng)用多傳感器融合是解決測(cè)量過(guò)程中測(cè)量信息獲取的方法，它可以提高測(cè)量信息的準(zhǔn)確性。

　　由于多傳感器是以不同的方法或從不同的角度獲取信息的，因此可以通過(guò)它們之間的信息融合去偽存真，提高測(cè)量精度。

　?。?）積木式、組合式測(cè)量方法白車身三維尺寸測(cè)量系統(tǒng)就屬于這類方法，也可以說(shuō)它是柔性很好的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的建立。

　?。?）便攜式測(cè)量?jī)x器如便攜式光纖干涉測(cè)量?jī)x、便攜式大量程三維測(cè)量系統(tǒng)等，往往用于解決現(xiàn)場(chǎng)大尺寸的測(cè)量問(wèn)題。

　?。?）虛擬儀器虛擬儀器是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在精密測(cè)試領(lǐng)域的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已有深入的研究。一種是將多種數(shù)字化的測(cè)試儀器虛擬成一臺(tái)以計(jì)算機(jī)為硬件支撐的數(shù)字式的智能化測(cè)試儀器；另一種是研究虛擬制造中的虛擬測(cè)量，如虛擬量塊、虛擬坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。

　?。?）智能結(jié)構(gòu)它屬于結(jié)構(gòu)檢測(cè)與故障診斷，是融合智能技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、仿生技術(shù)、材料科學(xué)等的一門交叉學(xué)科，使監(jiān)測(cè)的概念過(guò)渡到在線、動(dòng)態(tài)、主動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

　　4、測(cè)量尺寸繼續(xù)向著兩個(gè)發(fā)展

　　所謂兩個(gè)就是指相對(duì)于現(xiàn)在測(cè)量尺寸的大尺寸和小尺寸。通常尺寸的測(cè)量已被廣為注意，也開(kāi)發(fā)了多種多樣的測(cè)試方法。近年來(lái)，由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和迫切需要，使得很多方面的生產(chǎn)和工程中測(cè)試的要求超過(guò)了我們所能測(cè)試的范圍，如飛機(jī)外形的測(cè)量、大型機(jī)械關(guān)鍵部件測(cè)量、高層建筑電梯導(dǎo)軌的準(zhǔn)直測(cè)量、油罐車的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)等都要求能進(jìn)行大尺寸測(cè)量；微電子技術(shù)、生物技術(shù)的快速發(fā)展，探索物質(zhì)微觀世界的需求，測(cè)量精度的不斷提高，又要求進(jìn)行微米、納米測(cè)試。

　?。?）大尺寸的測(cè)量方法如工程大地測(cè)量方法是指將大地測(cè)量的某些原理和方法移植和改進(jìn)到機(jī)械工程測(cè)量中，產(chǎn)生新的測(cè)量方法，還有其它一些測(cè)量大尺寸的方法，如激光跟蹤干涉三維尺寸測(cè)量系統(tǒng)。

　　（2）納米測(cè)試技術(shù)從生產(chǎn)制造的趨勢(shì)看，每十年要求容許誤差降低1／3，因此要求測(cè)量具有越來(lái)越高的精度，并可溯源到標(biāo)準(zhǔn)（ISO）。當(dāng)然，納米測(cè)量也多種多樣，有光干涉測(cè)量?jī)x、量子干涉儀、電容測(cè)微儀、X射線干涉儀、頻率跟蹤式法珀標(biāo)準(zhǔn)量具、掃描電子顯微鏡（SEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、分子測(cè)量機(jī)M3（molecularmeasuringmachine）等。