精密測試技術(shù)的發(fā)展方向

先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，精密測試技術(shù)應(yīng)該適應(yīng)這種發(fā)展。精密測試技術(shù)在機(jī)械學(xué)科中的作用是為先進(jìn)制造業(yè)服務(wù)，擔(dān)負(fù)起質(zhì)量技術(shù)保證的重任。這就要求首先要以提高產(chǎn)品的質(zhì)量為出發(fā)點，這也是要達(dá)到的最重要的目的。其次是精密測試技術(shù)要提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。因此，檢測方法要能適應(yīng)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(yīng)該是由于精密測試技術(shù)的良好服務(wù)從而促進(jìn)生產(chǎn)能力的提高。根據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求以及精密測試技術(shù)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(shù)，就機(jī)械學(xué)科而言，預(yù)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(zhì)量保證的理想目標(biāo)是實行生產(chǎn)的零廢品制造。在實現(xiàn)這個目標(biāo)的過程中，精密測試技術(shù)的作用和重要意義是不言而喻的。零部件的加工質(zhì)量、整機(jī)的裝配質(zhì)量都與加工設(shè)備、測試設(shè)備以及測試信息的分析處理等有關(guān)，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(yīng)予考慮：(1)在加工工件前，事先檢測機(jī)床。如何快速準(zhǔn)確地對加工設(shè)備進(jìn)行校驗，獲得機(jī)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(dāng)然這是包括檢測設(shè)備的研究開發(fā)。(2)生產(chǎn)過程中對工件進(jìn)行在線測量或?qū)ぜM(jìn)行100%檢測，這就需要研究適合于動態(tài)或準(zhǔn)動態(tài)的測試設(shè)備，甚至能集成到加工設(shè)備中的特殊測試設(shè)備，做到實時測試，根據(jù)測試結(jié)果不斷修改工藝參數(shù)，對加工設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整或反饋控制。從精度理論方面也相應(yīng)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(zhì)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(luò)，遺傳算法等現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法進(jìn)行準(zhǔn)確的加工質(zhì)量預(yù)測，做到質(zhì)量超前控制。   
    2、視覺測試技術(shù)   
    非接觸測試技術(shù)很多，特別值得一提的是視覺測試技術(shù)。現(xiàn)代視覺理論和技術(shù)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(shù)作為當(dāng)今最新技術(shù)，在電子、光學(xué)和計算機(jī)等技術(shù)不斷成熟和完善的基礎(chǔ)上得到迅速發(fā)展。視覺測試技術(shù)是建立在計算機(jī)視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興測試技術(shù)。與計算機(jī)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(shù)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(yīng)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(shù)在國外發(fā)展很快，早在20世紀(jì)80年代，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局就預(yù)計，檢測任務(wù)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(jī)床博覽會上已見到國外利用視覺檢測技術(shù)研制的儀器，如流動式光學(xué)三坐標(biāo)測量機(jī)、高速高精度數(shù)字化掃描系統(tǒng)、非接觸式光學(xué)三坐標(biāo)測量機(jī)等先進(jìn)儀器。   
    3 測量方式向多樣化發(fā)展   
    (1)多傳感器融合技術(shù)在制造現(xiàn)場中的應(yīng)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(zhǔn)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(biāo)測量機(jī)，關(guān)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(shù)在精密測試領(lǐng)域的應(yīng)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(jī)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(biāo)測量機(jī)等。   
    (5)智能結(jié)構(gòu) 它屬于結(jié)構(gòu)檢測與故障診斷，是融合智能技術(shù)、傳感技術(shù)、信息技術(shù)、仿生技術(shù)、材料科學(xué)等的一門交叉學(xué)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(jì)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(jī)外形的測量、大型機(jī)械關(guān)鍵部件測量、高層建筑電梯導(dǎo)軌的準(zhǔn)直測量、油罐車的現(xiàn)場校準(zhǔn)等都要求能進(jìn)行大尺寸測量；微電子技術(shù)、生物技術(shù)的快速發(fā)展，探索物質(zhì)微觀世界的需求，測量精度的不斷提高，又要求進(jìn)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(jìn)到機(jī)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(shù) 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(biāo)準(zhǔn)(ISO)。當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)M3(molecular measuring machine)等。   
    5、實現(xiàn)各種溯源的要求   
    (1)自標(biāo)定、自校準(zhǔn) 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(biāo)定和虛擬測量方法，解決溯源問題。   
    (2)現(xiàn)場直接標(biāo)定 越來越多的測量儀器要求現(xiàn)場直接標(biāo)定，很多還是三維的空間標(biāo)定，發(fā)展現(xiàn)場標(biāo)定技術(shù)和儀器是完成這些標(biāo)定的關(guān)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(zhǔn)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(zhǔn)。