機械制造領域測量技術的發展應用分析

賀懷君

河鋼集團唐鋼公司

機械制造領域測量技術的發展應用分析

賀懷君

河鋼集團唐鋼公司

測量技術在機械制造領域中的應用，可以說是機械科學研究的“眼鏡”，測量技術經過不斷完善和創新，已經不再局限于以往的檢測功能。在一些性能較高的機械設備制造中，測量技術耗費的成本逐漸占據機械設備總成本的1/3，從中不難看出，在機械制造過程中，測量技術主要是了解生產情況，以及制造生產活動有序開展的手段。通過兩者的有機整合，才能更好的促進行業發展，為社會經濟發展做出更大的貢獻。由此看來，加強對機械制造領域測量技術的研究是十分有必要的，對于后續理論研究以及實踐工作開展具有一定參考價值。

機械制造；測量技術；發展應用

1 先進測量技術的研究

1.1 雙目視覺測量技術

雙目視覺是模擬人類視覺原理，使用計算機被動感知距離的一種測量方法。從兩個點觀察一個物體，獲取不同視角下的圖像，根據圖像之間像素的匹配關系，通過三角測量原理計算出像素之間的偏移獲取物體三維信息。

雙目視覺的關鍵技術在于雙目相機標定、特征點提取和立體匹配。雙目相機需要對單相機進行標定，以確定其畸變系數、相機內參矩陣等。然后利用已知世界坐標系(標定板)和圖像坐標系(對標定板圖像處理后結果)的對應關系，計算出雙目相機在當前位置關系下的參數信息。特征檢測需要將物體特征分割出來，通過點云匹配和三角計算得到物體的三維坐標，然后進行各種幾何形貌的測量。其廣泛應用于機器人導航、3D場景重建、逆向工程測量和復雜形貌測量。

1.2 白光干涉測量技術

與激光干涉測量技術相比，白光干涉測量技術(white light interferometry WLI)能夠以極高的軸向分辨率實現并行光學層析測量。其基本原理是：來自光源的光經過分光鏡后分成兩束，一束被參考面反射，另一束被待測表面反射，兩束光最終在探測面會聚干涉，顯微鏡將待測件表面的形貌起伏轉化為干涉條紋信號，通過對干涉條紋提取重構待測表面的三維形貌。

普通相移干涉測量，要求表面形貌起伏變化小于 1/4 波長，因此為了克服相位不確定性問題，需要進行相位解包裹等，而白光干涉測量法從內在原理上克服了普通干涉顯微技術相位不確定性問題。白光干涉測量技術是一種重要的光學測量方法，可用于光纖傳感技術、光纖色散測量、表面形貌測量、膜厚測量、精確定位等。

2 機械制造領域測量技術的發展應用分析

2.1 多測量系統集成與數據融合

通過多測量系統的集成應用，可以對裝配過程中各部件進行全方位一次測量，包括隱藏點和難測的關鍵點等，減少測量盲區、提高測量效率、降低測量誤差，從而保證裝配質量。面向柔性裝配的多測量系統集成應用框架，給出了多源異構測量數據融合技術及坐標轉換技術和基于濾波的融合算法。多數字化測量系統協同進行飛機數字化測量，給出了多傳感器融合的測量網絡構建方法。多測量系統集成應用以數字化測量設備為基礎，以高效率、高精度的裝配過程數據采集與反饋為目的，著重分析多測量系統測量過程的協同、多源異構測量數據的融合。

不同數字化測量系統數據采集準則、數據格式等不一樣。以基于模型的統一測量數據集表示與互操作為基礎，首先應實現數字化測量系統測量過程的協同，主要包括測量系統的建模、仿真與布局優化，測量工藝過程規劃、仿真與優化。其次，應實現多測量系統的測量數據融合。在多種數字化測量系統協同工作時，共同構建的數字化測量場將產生多源、異構數據，且在不穩定狀態下測量時，易產生壞點、無效的數據。再次，對測量系統不確定度進行分析，并構建測量系統工藝能力知識庫，為測量系統測量過程協調與數據融合提供支撐。最后，實現測量輔助裝配的姿態控制。

2.2 扭矩測量流程

2.2.1 傳感器供電

信號供電部分采用了變壓器的原理，在測量軸處安裝了原邊線圈和副邊線圈，原邊線圈通過軸承與軸上的副邊線圈連接安裝，相當于“發電機”的定子，副邊線圈在軸上或者軸內隨軸轉動，相當于“發電機”的轉子，定子和轉子相對運動產生電勢，從而給應變片傳感器供電。

2.2.2 扭矩信號的采集

旋轉扭矩傳感器測量采用應變電測技術。在彈性軸上粘貼應變計組成測量電橋，當彈性軸受扭矩產生微小變形后引起電橋電阻值變化，應變電橋電阻的變化轉變為電信號的變化從而實現扭矩測量。傳感器由彈性軸、測量電橋，儀器用放大器、接口電路組成。彈性軸是敏感元件，在45度和135度的方向上產生最大壓應力和拉應力，這個時候承受的主應力和剪應力相等，測量電橋可以采用半導體電阻應變片，并將它們接成差動全橋，其輸出電壓正比于扭轉軸所受的扭矩。

2.2.3 扭矩信號的發送

目前常見的扭矩信號傳輸方式有有線傳輸和無線傳輸兩種。無線傳輸近年來在非接觸式扭矩測量系統得到了應用。其測量原理是：傳動軸上的機械應變引起貼在該軸上的應變片的電阻發生變化，使電橋失去平衡。運用頻率調制的原理，通過非接觸的方式，把信號由發送器發射出去。射頻和紅外是無線傳輸的兩種形式。例如，由于空間限制，混合動力推土機的扭矩測量采用的就是無線傳輸的方式。

機械制造中的重要組成部分包括測量技術，為了適應機械制造領域的飛速發展，人們對測量技術的要求也不斷提高。人們必須著眼于先進的國際測量技術發展，找到我國機械制造領域中測量技術的發展方向，積極研發出更加完美的測量技術。

[1] 夏先均.基于機械制造領域測量技術的發展研究[J].裝備制造技術，2015，(3).

[2] 石志偉.簡述機械制造領域測量技術的發展方向[J].黑龍江科技信息，2012，(18).

[3] 邸桂芹.關于機械制造領域測量技術的發展研究[J].科技創業家，2012，(15).