高精度幾何量測量技術、儀器的現狀及發展趨勢

【摘要】 本文主要就高精度幾何量測量技術和配套儀器設備發展現狀展開分析，并契合實際情況進一步探究測量技術的未來發展趨勢。

【關鍵詞】 測量技術;高精度;幾何量測量;儀器設備;發展趨勢

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.025

Present Situation and Development Trend of High Precision Geometric Measurement Technology and Instruments

YAO Xing-yu

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： This paper mainly analyzes the development status of high precision geometric measurement technology and supporting instruments and equipment，and further explores the future development trend of measurement technology in line with the actual situation.

Key words： measurementtechnology;high precision;geometric measurement;instrumentation;development trend

面對市場迅猛發展所提出的新要求，高精度的產品，成為了企業追求的主要方向，因此測量技術和儀器設備已經成為產品開發中不可或缺的力量。為了在激烈市場競爭中求得生存和發展，獲得更多用戶的支持，現代測量技術開始面向市場，積極整合現代化技術手段系統化發展，力求更好的滿足市場發展需求，推動測量技術更高層次發展。

1 國內外測量技術和儀器的發展現狀分析

1.1 國內測量技術和儀器發展現狀

我國測量技術和儀器設備不斷發展創新，在很大一段時間，已經距離國際發達國家水平相差無幾，甚至部分項目已經居于世界前列。近些年來，國內生產制作的測量儀器設備類型逐漸多樣化，如哈量集團所開發的CNC3920大型齒輪測量儀，該儀器測量范圍最高達到2 m，可以滿足國際上的高精度測量需求，憑借其優勢和特點，在我國的軍工、船舶以及重型機械等高精度加工領域得到了廣泛應用，縮短了我國與發達國家之間的差距[1]。盡管還有很多的精密量儀制造企業，擁有諸多自主知識產權，但從整體上來看，我國的測量技術基礎仍然十分薄弱，相較于發達國家之間的差距并非是短期內即可達到或超越，尤其是新型測量技術和儀器領域的創新力度差距尤為明顯。即便部分測量儀器設備的精度和效率符合國際水平，但設備的穩定性還有待進一步改善。最為典型的問題，即高端測量產品設備多是從發達國家進口，很少可以看到國產設備的身影，這就導致企業生產成本居高不下，究其根本，其原因在于以下幾點：

1）自主創新能力差。相較于發達國家，我國自主創新能力不足的問題較為明顯，對國外產品依賴性較強，習慣性的跟風模仿，卻少有原創開發的儀器設備，難以滿足新時期的工程技術發展需要。現有主流測量技術和儀器中，自主原創技術少之又少，長此以往，與發達國家之間的精密度制造技術的差距將越來越大，陷入到惡性循環，勢必遏制我國的測量技術研發和制造水平提升。

2）產業化水平不高，難以形成足夠的核心競爭優勢。結合我國的測量技術和儀器發展來看，技術領域上的研究成果較為豐富，很多已經居于世界前列，但實際轉化率卻不高，產業化水平落后于發達國家，自然難以形成足夠的核心競爭優勢。國產量儀中高端產品較少，利潤率不高，致使研發投入成本不足，極大的遏制了我國測量技術和儀器發展[2]。

1.2 國外測量技術和儀器發展

相較于國內的測量技術發展現狀，國外測量技術經過50多年的發展逐漸趨于成熟，測量功能強大、可靠。如英國Renishaw公司推出的五軸掃描技術，是坐標測量機技術的一項革命創新。Renscan5TM作為一種新型技術，可以滿足高精度測量需要，提升測量效率和質量，帶來更大的經濟效益[3]。通過此項技術，測量速度最高可以達到500 mm/s，其中最早采用此項技術的產品為REVOTM，兩回轉軸上使用超硬球形空氣軸承技術，設立一個剛性測量平臺，在掃描同時移動，實現零部件幾何形狀跟蹤監控，將結構誤差降到最低。

非接觸式高速測量技術的誕生，主要是滿足加工制造規模不斷擴大帶來的挑戰，可以滿足一些復雜、大型零件測量需要，還可以使用多關節三坐標測量機測量，但此種方法在實際應用中精度和效率會受到諸多因素所影響，導致加工質量下降。西方歐美國家近些年來開始引入激光非接觸測量技術，此項技術是依據光學原理研發，具有覆蓋范圍大、掃描速度快和測量精度高的優勢。其中美國ZYGO公司研發的NEW VIEW7000系列三坐標表面形狀測量機，縱向分辨率達到了0.1 nm，可以實現高速測量精密加工零件的細微形狀。另外，測量范圍最大值為150 mm×150 mm，配備獨家研發的高速解析軟件，自動化水平更高，操作更加便捷[4]。

1.3 現場在線測量

現代制造業不斷朝著更高層次發展，相較于傳統制造業而言，涌現出很多新式制造技術和理念，伴隨著計量手段多樣化發展同時，測量技術也開始面向產品設計制造過程提供完整的參數，促使產品設計、制造和檢驗多功能結合在一起。通過此種方式，形成具備一定自主感知能力的智能制造系統，相對應的促進了測量技術進入制造現場的發展，滿足加工制造在線測量需要。基于現場在線測量技術，可以讓定位時間大大縮短，將誤差控制在最小化，提升產品的加工效率與質量。如OPTON公司研發的一款高速3D攝像機，在一定范圍內可以獲取產品形狀數據，自動化計算后顯示結果。此項技術多是用于波面觀察和在線測量等領域，技術較為可靠[5]。

2 高精度幾何量測量技術和儀器發展趨勢

工程技術的發展同時，推動了現代化制造業發展，同時也在無形中帶動了測量技術和儀器的創新發展。光機電一體化發展多年，激光非接觸測量技術憑借其優勢已經在實際加工制造中廣泛應用，具有高精度、高效率的優勢，屬于目前世界上前沿的測量技術之一。此項技術可以彌補測量技術的接觸測量局限性，最大程度上規避主客觀因素對測量結果的影響，操作便捷，可以提供精準可靠的測量結果[6]。

因此，未來測量技術和儀器發展，主要朝著微米級和納米級方向發展，并進一步提升測量分辨率;圖像處理技術的融合應用;點測量開始朝著面測量方向發展，進而促進測量精度大幅度提升;測量機的功能綜合化發展，在增加檢測項目同時，檢測范圍也將進一步擴大，一臺測量機可以滿足不同測量對象檢測需要。

3 結論

綜上所述，測量技術和儀器是社會生產生活不可或缺的技術之一，在工業化生產中可以有效降低誤差，提升產品加工制造效率和質量。因此，未來推動高精度幾何量測量技術和儀器發展，需要注重汲取國外先進的技術研發經驗，重點開發擁有自主知識產權的測量技術，以求提升我國的測量技術水平，在激烈競爭中占據更大優勢。

【參考文獻】

[1]??? 陳紹鵬，張穎，常英麗，等.BOPPPS模型在互換性測量技術中的應用——以幾何量測量技術基礎為例[J].科技風，2020（23）：40+42.

[2]??? 楊文輝.基于機器視覺的零件幾何量測量技術研究與系統開發[D].西安：西安理工大學，2020.

[3]??? 臺立鋼，劉峰.幾何量精度設計與精密測量高端技能型人才培養分析[J].科教導刊（上旬刊），2019（7）：36-37.

[4]??? 郭繼平，于冀平，方南家，等.無限變焦3D形貌儀測量條件及不確定度分析[J].中國測試，2018（3）：28-31.

[5]??? 李偉，吳寶中，李國喜，等.基于新一代產品幾何量技術規范的裝配體測量方案規劃及后置處理[J].組合機床與自動化加工技術，2018（7）：32-35.

[6]??? 王學武，樊宇紅.高精度幾何量測量技術、儀器的現狀及發展趨勢[J].紅外與激光工程，2018（S1）：177-179.

【作者簡介】

姚興宇（1981-），男，高級工程師，碩士，研究方向為線紋檢測技術。