
工業測量是在工業生產和科研各環節中,為產品的設計、模擬、測量、放樣、仿製、仿真、產品質量控製、產品運(yùn)動狀態,提供測量技術支(zhī)撐的一門學科。測量內容以產品的幾何量為主,也涉及色彩(cǎi)、溫度、速度與加速度及其他物理量(liàng)。
精密測量(liàng)的內涵
精(jīng)密測量技術(shù)是工業測量技術的一個(gè)組成部分,特指以(yǐ)毫(háo)米級或更高精度進行的工業測量。現(xiàn)代(dài)工業的發(fā)展,對產品的尺寸精度提出了更高的要求,特(tè)別是對於精密加工行業而言,如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導軌和精密軸(zhóu)承等零件的(de)加工,采用如遊標卡尺、千分尺等傳統的測量工具已經無法滿足其測量精度要求。
同時,隨(suí)著(zhe)消費者對個性化產品(pǐn)的需求增(zēng)加,製(zhì)造企業麵臨著產品測量(liàng)種類增加、測量批量減小(xiǎo)、測量速度要快(kuài)、測量結果要能夠存儲以便於(yú)後期質量數據分析及追溯等要求,精密測量技術已然成為企(qǐ)業適應市場競爭的一項不可或缺的技術。再者,隨著人工智能、機器學習、智能傳感器、5G等(děng)技術發展,在線、自(zì)動化、高速、智能成為當前精密測量係統和技術的(de)主(zhǔ)旋律。
因而精密(mì)測量設備需要具有一定的智能化水平,如一(yī)次測量完(wán)成後,能夠自適應地對下一(yī)批相同(tóng)產品自動(dòng)連續測量,以及在機器視覺等技術的輔助下,自動判斷產品質(zhì)量合(hé)格與否。更進一步,測量不僅僅是產品合格與否的判定,它還需要與質(zhì)量分(fèn)析、加工製造、設計仿真進行更為廣泛的融合(hé),從而達到(dào)品(pǐn)質推動生產力的(de)目的。
測量數據與質量分析軟件的相互作(zuò)用,可以幫助(zhù)企業(yè)實現更穩定可靠的(de)生產製造過程,確保批量生產(chǎn)的穩定(dìng)性,提前預測加工質(zhì)量的趨勢,並及時對加工設備、加工路徑乃至刀具進行調整[ ]。精密測量作為智能製造的眼睛,不僅對(duì)產品質量控製起到決定作用,也對製造水平(píng)起到了決定作用。在當前,推進智能(néng)製造與數字化轉型成為企業發展趨勢,精密測量的重要性不言而喻。
相比於傳(chuán)統測量裝備,智能測量測量裝(zhuāng)備更加複雜(zá),包括了機、電、軟多(duō)學科知識,涵蓋無線射頻(pín)識別技術(RFID)、機器(qì)視覺、協作(zuò)機器人、在線檢測和管(guǎn)理軟(ruǎn)件係統等多領域技術,由傳統的以人工測試為主向全自(zì)動化檢測進階。智能測量裝備的應用為(wéi)企業智能製造的提供了有力(lì)支(zhī)撐。本節主要介紹幾(jǐ)何量測量的智能測量裝備,涉及到幾何尺寸、形狀和位置等相關參(cān)數的測量。
智能測量(liàng)裝備測量幾何尺寸的方式可分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸測量法是測量器具的傳感器與被測(cè)零件表麵直接接觸(chù)的測量方法。比如以觸(chù)針(zhēn)沿工件表麵運動並持續獲取測量點數據,這個過程也稱之為掃描,通過掃描將采集到的形狀數據轉換為離散的幾何點坐標數值,從而完成物體表麵形狀的建模。其特點是測量的可靠性高、測(cè)量精度高、重複性好。接觸式測量的缺點是測量的接觸力可能會對測量器具(jù)和零件表(biǎo)麵(如軟(ruǎn)性表麵)造成變形,從而影響到測量的不(bú)確定度,因此(cǐ)通常不適用於軟性表麵的測量。
智能(néng)測量裝備測量幾何尺寸的方式
非接觸式測量(liàng)則是(shì)測(cè)量器具的傳感器與被測零件的(de)表麵不直接接觸的測量方法,通過光電、電磁、超聲波(bō)等技術為基礎,在儀(yí)器的(de)感受元件不(bú)與被測物體表麵接觸的情況下,即可(kě)獲取被(bèi)測物(wù)體(tǐ)的各種外表或內在的數據特征。非接觸(chù)測(cè)量的優點是測量傳感器(qì)不與被測物體表麵接觸,對被測零件表麵不會構成任(rèn)何損(sǔn)傷(shāng),比較(jiào)適合於(yú)複雜曲麵以及軟性表麵零件的測量。非接觸式測量采(cǎi)用相機探頭傳感器、激光傳感器或CT技術的形式(shì)。
精密測量裝(zhuāng)備
1)三坐標測量機(CMM)
三坐標測量機(coordinate measuring machining,CMM)是指一種可在(zài)立體坐標係(xì)內作三個方向移動測量的光學測量(liàng)儀器,可以測量(liàng)幾何形狀、長度及圓(yuán)周分度等。三坐標測(cè)量機(jī)測量頭分為(wéi)接觸式(shì)和(hé)非接觸式兩種,常用的(de)測頭為接觸式測頭,其應用範圍廣、種類多樣(yàng),測量方便靈活。三坐標測量機的缺點是對測量環境要(yào)求高、不便攜,測量範圍小(xiǎo)。
應用場景:各種工業計量領域,包括汽車(chē)零部件(jiàn)測量、模具測量、齒輪測量、五金測量、電子測量(liàng)、葉片測量、機械製造等。
2)關(guān)節臂(bì)測量機
關節臂測量機是一種便攜式接觸測量儀器,關節臂擁有6或7個自由(yóu)度,可靈活旋(xuán)轉,對空間不同位置待測點的接觸模擬人手臂的運動方式。測頭功能同三坐(zuò)標測量機。有些(xiē)廠家在其測頭上附加小型結構光掃描儀,可實現(xiàn)對工件的快速(sù)掃描,集接觸式與非接觸式係統的優點於一體。
應用場景:可完成尺寸檢測、點(diǎn)雲掃描等。
3)激光跟蹤儀(laser tracker)
激光跟(gēn)蹤儀是一台(tái)以激光為測距手段配以反射標靶的儀器(qì),它同時配有繞兩(liǎng)個軸轉動的測角機構,形成一(yī)個完整球坐標測量係統。可以用它來測量靜止目標,跟蹤和測量移動目標或他(tā)們的組合。
應用場(chǎng)景:能夠方(fāng)便、準確地完成大尺寸、超大尺寸的工裝測量與零部件匹配等任務。
4)拍照測量設備(digital photogrammetry)
拍照測量設備是用工業相機對物體(tǐ)進行連續拍照,然後運用圖像處理軟(ruǎn)件及技術對拍攝的照片進行分析,來(lái)計算被測物尺(chǐ)寸的(de)一種方式。拍照(zhào)式測量係統提供(gòng)高速、3D拍照式(shì)測量解(jiě)決方案。
應用場景:快速數據采集及條件複雜的車間現場環境。
5)光學三維測(cè)量(liàng)設備
三維光學測量(liàng)係統是采用光(guāng)束進行測量的係統,具有非接觸式的優(yōu)點。這種係統也稱三維藍光掃描儀,根據傳感方法不同(tóng),分為三維藍光掃描儀,激光三維掃描儀,CT斷層掃描儀等(děng)(圖6)。
應用場景:適用於待測物體幾何(hé)形狀的全尺寸三(sān)維數字化(huà)檢測,三維掃描儀具有工(gōng)業級高精度和高穩定性,在嚴苛的環境下仍可提供高精度測量數據。
6)複(fù)合(hé)式影(yǐng)像測量機
複(fù)合(hé)式影像測量(liàng)儀,就(jiù)是在同(tóng)一(yī)台設備上完成工件所有類型特征的測量,避免在不同設(shè)備上二次裝夾,節省上下料的時間和多台設備的投資。應用複合式傳感器測(cè)量(liàng)技術,實現快捷的光學測量與接觸式掃描測量提升檢測效率。
應用場景:小、薄、軟、複雜形狀零(líng)部件的測量(liàng)。
7)在機測量設備
在機測量就是以機床硬件為載(zǎi)體,附以相應的測量工(gōng)具(硬件有:機床測頭、機床對刀儀等;軟件有宏程式、專用3D測量軟件等),在工件加工過程中,實時在機床上進行幾何特征的測量,根據檢測結果指導後續工(gōng)藝的改進(jìn)。
應用場(chǎng)景:銑床、加工中心和車床等加工設備。
8)間隙輪廓表麵測量設備(bèi)
可進行輪廓測量(liàng)和三維表麵檢測,為手持式(shì)非接觸測量。可滿足(zú)從產品開(kāi)發、製造(zào),到維修維護的一係列製造質量需(xū)求。
應(yīng)用場景:應用於汽車、鐵路、鋼鐵和(hé)航空航天等行業,如車身和車門(mén)之間的間隙和(hé)麵差測(cè)量,車(chē)輪輪廓檢(jiǎn)查、製動盤測量、車(chē)輪間距測量(liàng)、車輪磨損檢查和軌道磨損檢查等。
9)機床(chuáng)高精度(dù)校準補償設備
主要用於(yú)提供校準補償,可進行精確完整的幾何分析,持(chí)續監(jiān)測並實現機床和坐(zuò)標測量機精度的提升,可用於機床設計與校準、計量儀器校準、電子/汽車/航空航(háng)天(tiān)等行業以及研究領域。
應用場景:為機床進行校準,提供高精度保證。
