精密測量常識(精密測量技術 - 今日頭條)

在工業生產與科研活動中，工業測量扮演著至關重要的角色。它不僅為產品設計與仿真提供技術支持，還涉及到產品的質量控制和運動狀態監測。這一領域主要關注幾何量度量的測量，同時也不乏色彩、溫度、速度等物理量的檢測。

「1. 精密測量的定義」

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作為工業測量的一部分，精密測量技術專注于以毫米級或更高精度進行的測量活動。隨著現代工業對產品尺寸精度的提高要求，特別是在精密加工領域，如精密絲杠、齒輪等零件的制造，傳統的測量工具如游標卡尺和千分尺已無法滿足需求。此外，消費者對個性化產品的追求也使得制造業面臨更多樣化的測量任務，更快的測量速度，以及能夠存儲數據以供質量分析和追溯的需求。因此，精密測量技術成為企業競爭的重要手段。隨著人工智能、機器學習等技術的發展，在線、自動化、高速和智能已成為精密測量系統和技術的發展趨勢。精密測量設備不僅需要智能化水平，還要在完成一次測量后能自動連續進行下一批相同產品的測量，并在機器視覺等技術輔助下自動判斷產品質量。進一步地，測量不僅僅是對產品合格與否的判定，它還需要與質量分析、加工制造、設計仿真等領域緊密結合，以提升生產效率和質量。

相較于傳統的測量設備，智能測量設備更加復雜，融合了機械、電子和軟件等多學科知識，包括無線射頻識別技術（RFID）、機器視覺、協作機器人等多元領域的技術。這些技術使得從以人工為主轉向全自動化檢測成為可能，為智能制造提供了強有力的支持。本節主要介紹幾何量測量的智能測量設備，涉及尺寸、形狀和位置等相關參數的測量。

智能測量裝備測量幾何尺寸的方式主要有接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量法是測量工具的傳感器與被測零件表面直接接觸的測量方法。例如，通過觸針沿工件表面運動并持續獲取測量點數據，這種過程也稱為掃描，將采集到的形狀數據轉換為離散的幾何點坐標數值，從而完成物體表面形狀的建模。其特點是可靠性高、精度高和重復性好。然而，接觸式測量的缺點是測量力可能會對測量工具和零件表面造成變形，影響測量不確定性，因此通常不適用于軟性表面的測量。

圖1 智能測量裝備測量幾何尺寸的方式

非接觸式測量則是測量工具的傳感器與被測零件表面不直接接觸的測量方法。通過光電、電磁、超聲波等技術為基礎，在儀器的感受元件不與被測物體表面接觸的情況下，即可獲取被測物體的各種外表或內在的數據特征。非接觸式測量的優點是測量傳感器不與被測物體表面接觸，對被測零件表面不會構成任何損傷，適合于復雜曲面以及軟性表面零件的測量。非接觸式測量采用相機探頭傳感器、激光傳感器或CT技術的形式。

「2. 精密測量設備」

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1）三坐標測量機（CMM）

三坐標測量機（coordinate measuring machining，CMM）（圖2）是一種在立體坐標系內進行三個方向移動測量的光學測量儀器，可以測量幾何形狀、長度及圓周分度等。三坐標測量機測量頭分為接觸式和非接觸式兩種，常用的測頭為接觸式測頭，應用范圍廣、種類多樣，測量方便靈活。但三坐標測量機的缺點是對測量環境要求高、不便攜，測量范圍小。

應用場景：適用于各種工業計量領域，包括汽車零部件測量、模具測量、齒輪測量等。

圖2 三坐標測量機（來源：海克斯康）

2）關節臂測量機

關節臂測量機（圖3）是一種便攜式接觸測量儀器，關節臂擁有6或7個自由度，可靈活旋轉，模擬人手臂的運動方式對空間不同位置待測點進行接觸。測頭功能與三坐標測量機相似。一些廠家在其測頭上附加小型結構光掃描儀，可實現快速掃描，結合接觸式和非接觸式系統的優點。

應用場景：適用于尺寸檢測、點云掃描等。

圖3 關節臂測量機（來源：海克斯康）

3）激光跟蹤儀（laser tracker）

激光跟蹤儀（圖4）是一種以激光為測距手段配以反射標靶的儀器，同時配有繞兩個軸轉動的測角機構，形成一個完整球坐標測量系統。可用于測量靜止目標、跟蹤和測量移動目標或它們的組合。

應用場景：適用于大尺寸、超大尺寸工裝測量與零部件匹配等任務。

圖4 激光跟蹤儀（來源：海克斯康）

4）拍照測量設備(digital photogrammetry)

拍照測量設備（圖5）是用工業相機對物體進行連續拍照，然后運用圖像處理軟件及技術對拍攝的照片進行分析，計算被測物尺寸的一種方式。提供高速、3D拍照式測量解決方案。

應用場景：適用于快速數據采集及條件復雜的車間現場環境。

圖5 拍照測量設備（來源：海克斯康）

5）光學三維測量設備

三維光學測量系統是采用光束進行測量的系統，具有非接觸式的優點。這種系統也稱三維藍光掃描儀，根據傳感方法不同，分為三維藍光掃描儀、激光三維掃描儀、CT斷層掃描儀等（圖6）。

應用場景：適用于待測物體幾何形狀的全尺寸三維數字化檢測，三維掃描儀具有工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。

圖6 光學三維測量設備（來源：海克斯康）

6）復合式影像測量機

復合式影像測量儀（圖7），在同一臺設備上完成工件所有類型特征的測量，避免在不同設備上二次裝夾，節省上下料的時間和多臺設備的投資。應用復合式傳感器測量技術，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：適用于小、薄、軟、復雜形狀零部件的測量。

圖7 復合式影像測量儀

7）在機測量設備

在機測量是以機床硬件為載體，附以相應的測量工具（如機床測頭、機床對刀儀等），在工件加工過程中實時進行幾何特征的測量，根據檢測結果指導后續工藝的改進。

應用場景：適用于銑床、加工中心和車床等加工設備。

圖8 在機測量設備

8）間隙輪廓表面測量設備

可進行輪廓測量和三維表面檢測，為手持式非接觸測量。滿足從產品開發、制造到維修維護的一系列制造質量需求。

應用場景：適用于汽車、鐵路、鋼鐵和航空航天等行業，如車身和車門之間的間隙和面差測量、車輪輪廓檢查、制動盤測量等。

圖9 間隙輪廓表面測量設備

9）機床高精度校準補償設備

主要用于提供校準補償，進行精確完整的幾何分析，持續監測并實現機床和坐標測量機精度的提升。可用于機床設計與校準、計量儀器校準、電子/汽車/航空航天等行業以及研究領域。

圖10 機床高精度校準補償設備

來源：智造苑

(責任編輯：佚名)