關(guān)于以發(fā)展的眼光看幾何量計量

張雁

摘 ?要：幾何量技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)體系中被廣泛應(yīng)用，其先進(jìn)水平與制造業(yè)持續(xù)發(fā)展有著直接關(guān)系。近年來，隨著制造領(lǐng)域中各種新型測量技術(shù)的逐漸興起，幾何量計量技術(shù)也逐漸發(fā)展，基于此，本文以發(fā)展眼光看幾何量計量，并從計量服務(wù)角度出發(fā)分析互聯(lián)網(wǎng)對檢測工作的新發(fā)展。

關(guān)鍵詞：發(fā)展的眼光;幾何量計量;技術(shù)

近年來，先進(jìn)制造業(yè)從以產(chǎn)品為核心發(fā)展到以市場為核心，再到當(dāng)前的以客戶為核心，整個過程也代表了測量技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。而隨著測量技術(shù)的發(fā)展，計量技術(shù)和計量服務(wù)也隨之發(fā)展，需要積極響應(yīng)市場發(fā)展，突破傳統(tǒng)的服務(wù)經(jīng)營挑戰(zhàn)，在互聯(lián)網(wǎng)背景下，形成規(guī)模高效的人性、智能計量服務(wù)，提高計量服務(wù)整體水平，積極應(yīng)對動態(tài)市場競爭能力以及適應(yīng)能力。

一、幾何量計量技術(shù)發(fā)展情況

（一）計量范圍

在以往的10年期間，以極大規(guī)模構(gòu)成的電路制造裝備和成套工藝形成的超精密加工技術(shù)，可以使計量對象尺度縮小，計量參數(shù)更復(fù)雜，尺度能夠達(dá)到納米級別，形態(tài)也變?yōu)榱硕嗑S。同時，超大尺寸制造系統(tǒng)和空間研究領(lǐng)域的拓展導(dǎo)致計量對象涉及范圍也擴(kuò)大到幾十米或是上百米，幾何計量尺度相差十幾個數(shù)量級，從微觀都宏觀角度上，尺寸計量范圍也逐漸向兩邊拓展[1]。極端制造系統(tǒng)對傳統(tǒng)計量方式提出了挑戰(zhàn)，而對幾何參數(shù)量值進(jìn)行統(tǒng)一和溯源研究也成為急需解決的問題。

近年來，大尺寸測量儀器溯源已經(jīng)成為當(dāng)前研究重點，從實驗室溯源轉(zhuǎn)化成現(xiàn)場溯源。例如大型三坐標(biāo)測量機(jī)校準(zhǔn)廣泛應(yīng)用了干涉儀、樣板法等方法。但是，現(xiàn)場大型幾何量計量仍然需要維持好計量范圍和準(zhǔn)確度平衡，使整個大尺寸測量控制準(zhǔn)確度控制以及全局定向在大空間中能夠建立再全局坐標(biāo)系統(tǒng)中應(yīng)用的三維坐標(biāo)控制場。在現(xiàn)場情況基礎(chǔ)上構(gòu)建空間長度基準(zhǔn)，同時將基準(zhǔn)溯源至局部坐標(biāo)系中，避免影響現(xiàn)場溫度梯度等誤差，使幾何量量值傳輸不確定度能夠降低，進(jìn)一步提升大型裝備幾何量的測量準(zhǔn)確性。例如用在空間范圍計量的空間定位系統(tǒng)，其可以對生產(chǎn)設(shè)計、制造、裝配等整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行幾何量動態(tài)裁量，測量范圍延伸到幾十米，準(zhǔn)確度為微米級，速度為10m/s，該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了車間智能制造水平，有利于汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新價值[2]。

納米級三坐標(biāo)測量機(jī)作為具有代表性的納米測量儀器代表，可以對微米加工零件、光學(xué)元件、微機(jī)電系統(tǒng)等三維輪廓幾何量進(jìn)行檢定。通過原子尺度量值溯源和傳遞校準(zhǔn)納米測量儀器，構(gòu)建對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)評定方法，以滿足當(dāng)前納米科學(xué)、生命科學(xué)以及材料科學(xué)的發(fā)展速度。例如，新一代原子尺度國家基準(zhǔn)計量系統(tǒng)，發(fā)展重點在于掃描電鏡、X射線衍射儀等方面，進(jìn)一步推進(jìn)我國納米計量和測量技術(shù)實現(xiàn)通用化。

（二）計量模式

現(xiàn)代制造行業(yè)中，系統(tǒng)管理、信息、機(jī)器人、測量、儀器等技術(shù)融合建立了相對完善先進(jìn)的閉環(huán)制造系統(tǒng)，也成為當(dāng)前主要趨勢。計量型儀器需要進(jìn)入到生產(chǎn)現(xiàn)場，并與生產(chǎn)線相融入，使整個生產(chǎn)過程能夠被有效監(jiān)控。與此同時，隨著動態(tài)目標(biāo)跟蹤監(jiān)視應(yīng)用越發(fā)廣泛，動態(tài)目標(biāo)空間姿態(tài)計量也十分重要。在復(fù)雜零件形態(tài)檢測過程中，基于運(yùn)動的一種虛擬綜合測量模式背應(yīng)用，由此計量模式逐漸從非現(xiàn)場計量逐漸發(fā)展到了現(xiàn)場在線計量領(lǐng)域中，靜態(tài)計量也逐漸發(fā)展到了靜態(tài)和動態(tài)同步進(jìn)行的計量領(lǐng)域中[3]。例如，在飛機(jī)生產(chǎn)安裝中應(yīng)用基于模型定位技術(shù)，采用坐標(biāo)測量、激光跟蹤、激光掃描等數(shù)字檢測技術(shù)可以對大尺度零件和動態(tài)安裝復(fù)雜零件進(jìn)行三維幾何量檢定，使計量標(biāo)準(zhǔn)裝置在生產(chǎn)現(xiàn)場集成金鉤構(gòu)成組合式的測量系統(tǒng)溯源體系，有利于推動先進(jìn)制造領(lǐng)域的迅速發(fā)展。

（三）計量形態(tài)

深入挖掘、融合不同測量信息能夠進(jìn)行多幾何參數(shù)并行計量。例如，在對結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件進(jìn)行三維幾何參量測量時需要采用多傳感器融合方式。工業(yè)機(jī)器人需要憑借本身空間方位控制準(zhǔn)確度以及操作器幾何參數(shù)準(zhǔn)確度保障位姿準(zhǔn)確度。大尺寸構(gòu)建對應(yīng)每段尺寸需要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而準(zhǔn)確控制每段幾何量信息，使拼接完成的整體工件幾何尺寸、形態(tài)、位置保持準(zhǔn)確性。數(shù)控化以及信息化基礎(chǔ)上監(jiān)理的分布式網(wǎng)絡(luò)化測量系統(tǒng)可以達(dá)到資源共享、協(xié)同工作、分散操控和集中管理的作用，有利于統(tǒng)一溯源產(chǎn)品鏈幾何量[4]。

除此之外，儀器系統(tǒng)性能中涉及的參數(shù)類型比較多，測量問題不僅受制于幾何量。尤其是對于微米納米尺度計量而言，測量儀器系統(tǒng)相較于常規(guī)系統(tǒng)而言二者差距較大，幾何量和非幾何量計量要實現(xiàn)同步交叉進(jìn)行。例如，電容式位移控制懸臂原子力顯微鏡，利用高分辨力表面和微結(jié)構(gòu)物理相互作用能夠測量亞納米級微形態(tài)和尺寸。在我國醫(yī)療健康、先進(jìn)制造等關(guān)鍵領(lǐng)域中，微納器件和微納系統(tǒng)需求量大，發(fā)展也比較迅速，也表現(xiàn)出了明顯的幾何量和非幾何量計量交叉同步現(xiàn)象。

二、幾何量計量新型服務(wù)認(rèn)識

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，在此基礎(chǔ)上智慧城市也得到了迅速放按照，互聯(lián)網(wǎng)+教育/交通/醫(yī)療/金融等新業(yè)態(tài)實現(xiàn)了迅速發(fā)展、專項，隨之而來的“互聯(lián)網(wǎng)+”檢測服務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，同時推動力檢測技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展[5]。將檢測服務(wù)管理和信息技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成規(guī)范、高效、便捷的人性化服務(wù)，同時使企業(yè)和檢測機(jī)構(gòu)能夠彼此了解，讓企業(yè)解決檢測需求，進(jìn)而提高檢測服務(wù)管理質(zhì)量。

結(jié)束語：

綜上所述，幾何量計量在航空航天、風(fēng)電核電、集成電路、高鐵飛機(jī)等領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛。隨著先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，各種技術(shù)在其中的應(yīng)用使得制造業(yè)發(fā)展朝向數(shù)字化、智能化、交叉綜合化、精密微型化等方向，幾何量計量技術(shù)需要以發(fā)展眼光面對各種挑戰(zhàn)，推動新型計量模式的發(fā)展，提高計量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞男.國家重大技術(shù)裝備幾何量計量站[J].中國計量，2020，No.290（01）：30-32.

[2]黃博雅[1].光譜共焦技術(shù)在精密幾何量計量測試中的應(yīng)用[J].輕松學(xué)電腦，2019，000（004）：1-1.

[3]李東升.幾何量計量測試技術(shù)及儀器的若干新進(jìn)展[J].上海計量測試，2006，033（001）：6-9.

[4]高思田，李琪，施玉書，等.我國微納幾何量計量技術(shù)的研究進(jìn)展[J].儀器儀表學(xué)報，2017，38（008）：1822-1829.

[5]才玲英."變形量塊"在幾何量計量工作中的重要作用[J].工業(yè)計量，2012（S2）：33-35.