精密坐標(biāo)測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用
測量測試是機(jī)械制造技術(shù)重要的組成部分，測量是機(jī)械制造的眼睛，測量技術(shù)的*性反映了產(chǎn)品的*性。精密測量測試技術(shù)不僅對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制起決定作用，在現(xiàn)代高檔數(shù)控和智能技術(shù)為主導(dǎo)的制造系統(tǒng)中，測量測試技術(shù)直接參與精密制造過程，并對(duì)制造水平起到?jīng)Q定作用。這里談?wù)剮缀瘟浚◣缀纬叽?、型位誤差等）精密測量測試技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢，尤其是在航空制造中，光學(xué)掃描測量技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)。
近年來，在航空制造復(fù)雜零件測量領(lǐng)域，國外的光學(xué)掃描坐標(biāo)測量機(jī)發(fā)展十分迅速。坐標(biāo)測量技術(shù)從點(diǎn)觸發(fā)測量到接觸掃描，再到正在迅速發(fā)展的非接觸掃描測量，效率越來越高。不同類型的測頭同時(shí)使用或交替使用，是當(dāng)前重要的發(fā)展方向，是當(dāng)前測量機(jī)技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)趨勢。精密測量測試技術(shù)配套技術(shù)發(fā)展，包括非接觸光學(xué)掃描測頭、多軸坐標(biāo)測量機(jī)及其控制系統(tǒng)、通用測量測試評(píng)價(jià)軟件等，國內(nèi)產(chǎn)品水平仍有較大差距。
（1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)
為了提高測量機(jī)的精度與效率，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用降低運(yùn)動(dòng)重心和減輕運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的方法，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)速度；既滿足了傳統(tǒng)精度要求，又適應(yīng)了生產(chǎn)節(jié)奏不斷加快而提出的效率要求。
（2）測頭系統(tǒng)
在測頭方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品包括Renishaw、Zeiss、Hexagon等公司研制的接觸測頭。在的測頭技術(shù)中，采用了固態(tài)傳感器技術(shù)，大大減少了測量誤差，特別減少了在使用較長測桿時(shí)由于預(yù)行程變差所引起的誤差。
（3）控制系統(tǒng)
在控制系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品包括Pantec、UCC 等。為了提高與制造系統(tǒng)的兼容與匹配，必須要求測量機(jī)具有開放式的控制系統(tǒng)，具有更大的柔性和適用性。同時(shí)，多軸（四軸或四軸以上）聯(lián)動(dòng)控制有利于掃描測量的高精度實(shí)現(xiàn)。
（4）測量軟件
在測量軟件方面，傳統(tǒng)的產(chǎn)品包括RationalDMIS、PC-DMIS、Quindos等。為了將檢測裝備納入生產(chǎn)線，需要發(fā)展具有網(wǎng)絡(luò)通信、建模、反向工程功能模塊的軟件；同時(shí)*應(yīng)用于不同類型工件的專用測量軟件的開發(fā)和使用。
2 非接觸坐標(biāo)測量技術(shù)
光學(xué)掃描測頭應(yīng)用于三坐標(biāo)測量機(jī)上已有20 余年，測量精度從開始時(shí)的數(shù)十微米左右發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)微米。光學(xué)坐標(biāo)測量種類和方法很多，包括：點(diǎn)結(jié)構(gòu)光掃描、線結(jié)構(gòu)光掃描、平面影像測量及三維影像合成等。影像測量已廣泛應(yīng)用于坐標(biāo)測量，在測量二維尺寸方面具有優(yōu)勢，但對(duì)三維復(fù)雜曲面測量能力有限。
測量機(jī)上對(duì)葉片等三維復(fù)雜曲面測量主要依靠結(jié)構(gòu)光測頭，即投射光束到工件表面，形成被測點(diǎn)云要素。投射的光束包括線結(jié)構(gòu)光和點(diǎn)結(jié)構(gòu)光。點(diǎn)光測頭投射光點(diǎn)到工件表面，對(duì)工件表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，相對(duì)線掃描方式效率較低，但測量精度可以達(dá)到10μm 左右，在測量精度上具有優(yōu)勢，對(duì)航空制造測量精度要求較高的場合更適用。目前，光學(xué)掃描坐標(biāo)測量精度雖然比接觸測量精度仍有差距，但相比過去數(shù)十微米的測量精度已經(jīng)大幅提升，所以這里仍然稱之為“精密”坐標(biāo)測量技術(shù)。
在2010 年，德國的WENZEL公司推出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片多軸高速白光檢測裝備MAXOS/CORE，如圖2（左）所示。其采用白光點(diǎn)掃描測頭，采點(diǎn)速度可達(dá)4200點(diǎn)/min；其光點(diǎn)直徑可小至9μm，能夠測量到葉片表面非常微小的幾何特征，限度地降低了葉片實(shí)測表面的失真度；并且有效規(guī)避了激光測頭具有的散斑效應(yīng)以及反射光信號(hào)強(qiáng)度等問題，適用于各種表面的葉片測量。以色列Nextec 公司近年推出的環(huán)形激光三角法測頭，測量重復(fù)精度可以2μm，基于此測頭的掃描測量機(jī)，空間測量精度達(dá)到12μm（2σ），在航空制造領(lǐng)域，尤其是葉片快速檢測，取得了較好的應(yīng)用。德國WENZEL 公司的五軸白光掃描測量機(jī)和以色列NEXTEC 公司的光學(xué)掃描測量機(jī)近年已經(jīng)進(jìn)入中國市場。
近年來，光學(xué)測頭憑借其非接觸、高精度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，并逐步引起了國內(nèi)一些科研院所的關(guān)注，國內(nèi)對(duì)于光學(xué)測頭的研究起步較晚，目前，有多家高校、研究機(jī)構(gòu)正研制高精度光學(xué)掃描測頭
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