在機測量技術現狀與發展趨勢

李壽麟

摘要： 本文通過對現代制造領域測量技術的研究，提出了與復雜曲面加工聯系密切的在機測量技術，并從在機測量種類的角度，對現有各種在機測量技術的不足和未來發展方向進行了簡要的闡述，旨在突破現有技術的瓶頸，研究開發出新的在機測量技術。

關鍵詞： 在機測量； 測量方式； 技術現狀

在機測量和普通三坐標測量不同，它能夠按實時來測量相關數據，省去了二次測量時的重復定位和裝夾等工序，此外，在機測量還能把測量結果作為誤差補償的數據來源，做到生產和檢測一體化模式，提高了生產的速度、加工的效率和加工的精度，同時還降低了次品率，這些都可以降低企業的生產成本。本文通過對在機測量類別的研究，對我國不同種的在機測量方式進行了綜合的概述。將各種測量方式的技術和應用場所做對比，點明當前技術水平的不足之處，尋找在機測量的發展方向，以期能夠促進在機測量新技術的產生。

1 在機測量及其分類

在機測量，是指將機床硬件作為載體，再通過機床測頭、3D測量軟件等相應的軟硬件測量工具，在機床上對零件進行形狀特征測量的一種方式。在機測量不僅可以測量工件的大小和精度，還能夠進行工具破損的檢測、機床狀態的檢測、工件的修正檢測和誤差補償等，這些作用十分有利于提高工件的加工精度和建造閉環的加工系統，特別是對一些復雜的曲面工件來說，工件形狀結構越復雜，對精度的要求越高，在機測量的優勢就越能發揮出來。根據測量的方式的不同，我們可以將在機測量分為三種：接觸式測量、非接觸式測量、復合式測量。復合式測量其實是接觸式測量和非接觸式測量中任意兩種或兩種以上的測頭相結合，將不同側頭的性能合理的混合發揮出來，放大它們的優勢，以此取得更好的測量成果，這也是未來智能化測量發展的方向。

2 在機測量技術現狀

在機測量技術在產品制造和構建高效生產環境過程中起到了相當大的作用。最近幾年，以接觸式和非接觸式為基礎測頭的在機測量技術被廣泛應用在現代工業領域中的各個行業。

2.1接觸式

2.1.1觸發式測量在國外的歷史比較久，技術也較為成熟。這種測量方式，它的測頭坐標位置是由位于加工中心的控制系統來進行鎖定和儲存，其精度由中心的定位精度來決定。所以，國內外學者在研究過程中，為了取得更高的精度，一般都是采用國外的加工中心和控制系統。觸發式的在機測量測量效率可能不如人意，然而它的精度十分高，操作時只需要在測頭觸發的瞬間立刻鎖定并儲存測頭的位置，就可以取得相當高的精度，當然，這也就對控制系統的運行速率和周期提出了相應的要求。

2.1.2 掃描式測量是基于觸發式測量發展而來，它克服了觸發式測量的不足，掃描式測量可以連續性測量，提升了測量的效率。然而，掃描式測量測出的坐標值是測頭位移與機床位移之和，兩者的誤差之和作為整個測量結果的誤差，因此，相較于觸發式測量，掃描式測量在提高效率時降低了測量的精度。在對在機測量的調查當中，盡管掃描式測量的側頭掃描效率不如非接觸式，然而在超精密加工當中接觸的掃描是測量方法十分受企業的歡迎，它的輪廓精度可以停留在亞微米級別，此外，它還可以檢測刀具破損和機床產生的誤差，對這些誤差也具有一定的補償功能，要是其他測量方式無法做到的。

2.2非接觸式

2.2.1激光測量方式在非接觸式測量中算是相對較為成熟的一種，同時，激光掃描法在三坐標測量機上的技術也能很方便的應用到在機測量當中。

2.2.2 三維視覺測量法因其實用性強、分辨率高、非接觸等特點，成為了三維形貌測量領域的重點方向，被公認為是最有前途的三維形貌測量方式。視覺在機測量技術由于技術相對復雜，加之起步晚，使得其目前的技術水平較為落后，因此，對于視覺在機測量與加工控制系統的結合與應用還需進行研究。

2.2.3超聲測量在實際中已得到較為廣泛的應用，但和數控系統的結合是最近幾年才出現的，這種新型測量系統的數據采集通過多個通訊接口與系統連接，按照實時的數據來調整測頭位置，真正做到了測量加工于一體，加快了檢測和修改的速度。

2.3復合式

復合式在機測量是一種多傳感器與數控系統高度結合的測量方式，兩者可以優勢互補，提高測量的精密程度，使測量過程更加智能化。要將復合式在機測量運用到實際當中還是比較困難的，其測量所用到的方式也僅只有激光測量和接觸測量，所以這種智能化的測量還停留在理論層面。

3 發展趨勢

隨著科技的發展，現在的制造業對制造零件的精度和效率有了更高的要求，使得機床測頭精度和質量也在不斷的提升，對零件的測量方法也從三坐標測量向在機測量過渡，今后，以在機測量為基礎的大閉環CAD、CAM等系統將成為發展的主流方向。目前，國內外專家在這方面對在機測量進行了大量研究，然而大多過于局限，因此并沒有做到測量速度和精度的統一。今后，伴隨著高精度復雜曲面的應用，高效、高精度加工的大閉環的CAD、CAM集成系統是在機測量的發展方向，并實現以下特點：⑴通用性，無論曲面的復雜程度如何，測量系統都能夠給出相應的規劃，按照一定的順序準確不是腳的進行高速測量。⑵集成性，今后的控制系統和測量軟件不再需要通過各種接口實施對接和通過協議進行自我封閉，而是按照一定的規范進行接口的高度集成，以此來實現數據的傳導與共享。⑶智能性，將各種傳感器集成到測量系統當中，例如聽覺、視覺、嗅覺等傳感器，將這些傳感器整合進測量系統，根據不同類型的數據，測量系統自動調整測量方案，實現智能化測量。⑷高速高精度性，測量系統不僅實現了加工的高速，數據采集上也實現高速化，在數控系統個周期中，測量系統通過更快的速度來收集數據。高精度則是取決于機床測頭精度和加工中心精度，提高這兩者的精度是未來加工和測量的主要方向。

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