精密測試技術的發(fā)展方向

先進技術的發(fā)展日新月異，精密測試技術應該適應這種發(fā)展。精密測試技術在機械學科中的作用是為先進制造業(yè)服務，擔負起質量技術保證的重任。這就要求首先要以提高產(chǎn)品的質量為出發(fā)點，這也是要達到的最重要的目的。其次是精密測試技術要提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。因此，檢測方法要能適應快速發(fā)展生產(chǎn)的要求，不能單純?yōu)榱藱z測而檢測，更不能因為檢測的要求而影響生產(chǎn)的效益，從更積極的角度出發(fā)，應該是由于精密測試技術的良好服務從而促進生產(chǎn)能力的提高。根據(jù)先進制造技術發(fā)展的要求以及精密測試技術自身的發(fā)展規(guī)律，不斷拓展著新的測量原理和測試方法，以及測試信息處理技術，就機械學科而言，預計以下幾個方面需要發(fā)展。   
    1、零廢品生產(chǎn)中的測量控制   
    在制造業(yè)中，質量保證的理想目標是實行生產(chǎn)的零廢品制造。在實現(xiàn)這個目標的過程中，精密測試技術的作用和重要意義是不言而喻的。零部件的加工質量、整機的裝配質量都與加工設備、測試設備以及測試信息的分析處理等有關，因此實現(xiàn)零廢品生產(chǎn)，以精密測試的角度出發(fā)，以下問題應予考慮：(1)在加工工件前，事先檢測機床。如何快速準確地對加工設備進行校驗，獲得機床的精度狀況，這對大幅度地減少返工，甚至消除返工是非常有益的。當然這是包括檢測設備的研究開發(fā)。(2)生產(chǎn)過程中對工件進行在線測量或對工件進行100%檢測，這就需要研究適合于動態(tài)或準動態(tài)的測試設備，甚至能集成到加工設備中的特殊測試設備，做到實時測試，根據(jù)測試結果不斷修改工藝參數(shù)，對加工設備進行補充調整或反饋控制。從精度理論方面也相應要研究動態(tài)精度理論，包括動態(tài)精度的評定等。(3)研究如何充分利用測量信息來實現(xiàn)零廢品生產(chǎn)。通過100%在線測量數(shù)據(jù)的充分利用，從中分析加工和測量過程中誤差分布的動態(tài)特性，同時根據(jù)加工誤差的動態(tài)特性和傳感器精度的精度損失特性，以及產(chǎn)品質量要求和公差規(guī)定，給出零廢品制造的基本理論模型。充分利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡，遺傳算法等現(xiàn)代數(shù)學方法進行準確的加工質量預測，做到質量超前控制。   
    2、視覺測試技術   
    非接觸測試技術很多，特別值得一提的是視覺測試技術。現(xiàn)代視覺理論和技術的發(fā)展，不僅在于模擬人眼能完成的功能，更重要的是它能完成人眼所不能勝任的工作，所以視覺技術作為當今最新技術，在電子、光學和計算機等技術不斷成熟和完善的基礎上得到迅速發(fā)展。視覺測試技術是建立在計算機視覺研究基礎上的一門新興測試技術。與計算機視覺研究的視覺模式識別、視覺理解等內(nèi)容不同，視覺測試技術重點研究物體的幾何尺寸及物體的位置測量，如轎車白車身三維尺寸的測量、模具等三維面形的快速測量、大型工件同軸度測量、共面性測量等。它可以廣泛應用于在線測量、逆向工程等主動、實時測量過程。視覺測試技術在國外發(fā)展很快，早在20世紀80年代，美國國家標準局就預計，檢測任務的90%將由視覺測試系統(tǒng)來完成。美國在80年代就有100多家公司躋身于視覺測試系統(tǒng)的經(jīng)營市場，可見視覺測試系統(tǒng)確實很有前途。在1999年10月的北京國際機床博覽會上已見到國外利用視覺檢測技術研制的儀器，如流動式光學三坐標測量機、高速高精度數(shù)字化掃描系統(tǒng)、非接觸式光學三坐標測量機等先進儀器。   
    3 測量方式向多樣化發(fā)展   
    (1)多傳感器融合技術在制造現(xiàn)場中的應用 多傳感器融合是解決測量過程中測量信息獲取的方法，它可以提高測量信息的準確性。由于多傳感器是以不同的方法或從不同的角度獲取信息的，因此可以通過它們之間的信息融合去偽存真，提高測量精度。   
    (2)積木式、組合式測量方法 白車身三維尺寸測量系統(tǒng)就屬于這類方法，也可以說它是柔性很好的專用坐標測量機，關鍵在于系統(tǒng)的建立。   
    (3)便攜式測量儀器 如便攜式光纖干涉測量儀、便攜式大量程三維測量系統(tǒng)等，往往用于解決現(xiàn)場大尺寸的測量問題。   
   (4)虛擬儀器 虛擬儀器是虛擬現(xiàn)實技術在精密測試領域的應用，國內(nèi)已有深入的研究。一種是將多種數(shù)字化的測試儀器虛擬成一臺以計算機為硬件支撐的數(shù)字式的智能化測試儀器；另一種是研究虛擬制造中的虛擬測量，如虛擬量塊、虛擬坐標測量機等。   
    (5)智能結構 它屬于結構檢測與故障診斷，是融合智能技術、傳感技術、信息技術、仿生技術、材料科學等的一門交叉學科，使監(jiān)測的概念過渡到在線、動態(tài)、主動的實時監(jiān)測與控制。   
    4、測量尺寸繼續(xù)向著兩個極端發(fā)展   
    所謂兩個極端就是指相對于現(xiàn)在測量尺寸的大尺寸和小尺寸。通常尺寸的測量已被廣為注意，也開發(fā)了多種多樣的測試方法。近年來，由于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和迫切需要，使得很多方面的生產(chǎn)和工程中測試的要求超過了我們所能測試的范圍，如飛機外形的測量、大型機械關鍵部件測量、高層建筑電梯導軌的準直測量、油罐車的現(xiàn)場校準等都要求能進行大尺寸測量；微電子技術、生物技術的快速發(fā)展，探索物質微觀世界的需求，測量精度的不斷提高，又要求進行微米、納米測試。   
    (1)大尺寸的測量方法 如工程大地測量方法是指將大地測量的某些原理和方法移植和改進到機械工程測量中，產(chǎn)生新的測量方法，還有其它一些測量大尺寸的方法，如激光跟蹤干涉三維尺寸測量系統(tǒng)。   
    (2)納米測試技術 從生產(chǎn)制造的趨勢看，每十年要求容許誤差降低1／3，因此要求測量具有越來越高的精度，并可溯源到國際標準(ISO)。當然，納米測量也多種多樣，有光干涉測量儀、量子干涉儀、電容測微儀、X射線干涉儀、頻率跟蹤式法珀標準量具、掃描電子顯微鏡(SEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、分子測量機M3(molecular measuring machine)等。   
    5、實現(xiàn)各種溯源的要求   
    (1)自標定、自校準 高精度的測量要求高精度的溯源，很多情況下難以找到滿足精度要求的儀器，重要的原因是溯源制約著測量精度的發(fā)展，在一些情況下則可利用測量儀器的標定和虛擬測量方法，解決溯源問題。   
    (2)現(xiàn)場直接標定 越來越多的測量儀器要求現(xiàn)場直接標定，很多還是三維的空間標定，發(fā)展現(xiàn)場標定技術和儀器是完成這些標定的關鍵。   
    (3)納米溯源 納米測試的溯源也是個重要的問題。國外已有美國NIST、德國PTB、日本NRIM研究硅(220)晶體的晶面間距準確尺寸，元素晶格尺寸在恒溫下具有很好的穩(wěn)定性，可以用來建立納米溯源基準。