在高質(zhì)量產(chǎn)品的制造和高效率生產(chǎn)環(huán)境的構(gòu)建中，測(cè)量技術(shù)起到了很大的作用，其重要性與日俱增。尤其在生產(chǎn)國(guó)際化、全球經(jīng)濟(jì)一體化迅速發(fā)展的時(shí)期，要求不同地區(qū)生產(chǎn)的高精度零部件，必須具有良好的互換性，因此，急需建立一種基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的擁有極佳測(cè)量精度及可靠性的測(cè)量體制。為了滿足上述要求，精密測(cè)量?jī)x器必須具有更高的精度、質(zhì)量和可靠性。各個(gè)儀器生產(chǎn)廠商也都在積極開發(fā)功能更強(qiáng)、服務(wù)性能更好的新產(chǎn)品，而從中我們可以看到測(cè)量?jī)x器的最新動(dòng)向。

加工和測(cè)量猶如車上的兩個(gè)輪子

    近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，制造業(yè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率不斷提高，長(zhǎng)期處于不景氣的測(cè)量?jī)x器生產(chǎn)也有較大的增長(zhǎng)。日本通商產(chǎn)業(yè)省機(jī)械統(tǒng)計(jì)資料表明，2003年精密測(cè)量機(jī)（含光學(xué)測(cè)量機(jī)）的產(chǎn)值比2002年增長(zhǎng)20.7%，2004年1～6月，比2003年同期增長(zhǎng)22.1%。

    目前，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)非常重視提高加工效率和降低生產(chǎn)成本，其中，最重要的便是生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。為此，必須實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量管理，只有在保證高質(zhì)量生產(chǎn)的前提下，制造業(yè)才能生存和發(fā)展。作為保證制造業(yè)順利發(fā)展的重要手段，高精度零部件構(gòu)成的加工機(jī)床和由高精度測(cè)量?jī)x器組合集成的加工生產(chǎn)線構(gòu)建成的自律式加工系統(tǒng)，是很有必要的。據(jù)此可以預(yù)計(jì)，今后，市場(chǎng)對(duì)用于質(zhì)量管理的測(cè)量系統(tǒng)和機(jī)器設(shè)備的需求將不斷增長(zhǎng)。

    制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)測(cè)量?jī)x器及裝置的要求大致如下：①能夠適應(yīng)廣泛范圍的環(huán)境溫度；②抗污染和防振動(dòng)性能優(yōu)異；③測(cè)量重復(fù)精度高；④使用方便。目前，各廠家以便于在加工環(huán)境使用為前提，正積極地開發(fā)新產(chǎn)品，這些新產(chǎn)品能夠進(jìn)行高速、高精度測(cè)量，而且穩(wěn)定性極佳，操作便捷。

    在測(cè)量技術(shù)方面，日本精密測(cè)量?jī)x器工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事龜井明敏指出：“任何一種加工設(shè)備，無(wú)論其多么先進(jìn)，均會(huì)出現(xiàn)由熱變形引起的偏移和由工具磨損產(chǎn)生的誤差，而要掌握這些偏移和誤差，則必須依靠測(cè)量技術(shù)。”龜井認(rèn)為，在現(xiàn)場(chǎng)加工過程中，進(jìn)行測(cè)量作業(yè)的目標(biāo)應(yīng)該是：“①判斷產(chǎn)品質(zhì)量是否合格：即在加工過程中配置測(cè)量環(huán)節(jié)，保證其能夠進(jìn)行最終加工；②檢測(cè)工具磨損、熱變形等引起的誤差：根據(jù)輸出的補(bǔ)償信號(hào)，采取相應(yīng)的措施；③選取生產(chǎn)節(jié)拍和制品精度的最佳配合：不僅要保證所選適應(yīng)技術(shù)等絕對(duì)精度，還應(yīng)保證獲得相對(duì)精度，從而提高總體生產(chǎn)效率。在這些過程中，測(cè)量技術(shù)起著舉足輕重的作用。”

    不久前舉辦的第22屆日本國(guó)際機(jī)床工具展覽會(huì)（JIMTOF 2004）上反映出，人們普遍認(rèn)識(shí)到測(cè)量技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量管理中的重要作用，因此，在測(cè)量?jī)x器相關(guān)展臺(tái)前，參觀者總是絡(luò)繹不絕。

提高測(cè)量技術(shù)的認(rèn)識(shí)

    在汽車零件及其它各種機(jī)械零件的測(cè)量中，目前已大量采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，在電氣及電子零件測(cè)量方面，則大量采用顯微鏡或圖像測(cè)量?jī)x。隨著加工精度的提高，測(cè)量精度的要求也不斷提高。目前，測(cè)量精度達(dá)1μm以內(nèi)的超高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、顯微鏡、圖像測(cè)量機(jī)等已開始普及。其中，初項(xiàng)（首項(xiàng)）誤差為0.35μm的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已投放市場(chǎng)。另外，整個(gè)零件均采用攝像頭（照相機(jī)）或激光進(jìn)行測(cè)量，并可對(duì)尺寸測(cè)量及整體形貌進(jìn)行評(píng)價(jià)的測(cè)量機(jī)也已大量使用。

    近期，人們對(duì)大幅度提高測(cè)量精度極為關(guān)注。原來為0.1mm左右的精度，現(xiàn)在已能達(dá)到10μm甚至幾μm的水平。帶攝像頭的專用測(cè)量機(jī)或三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已配置帶有在線激光測(cè)頭系統(tǒng)等附屬裝置，使之具有多種測(cè)量功能。另外，推出的能與接觸式測(cè)頭自動(dòng)切換、配備輕而小的圖像測(cè)頭的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，可在一臺(tái)儀器上實(shí)現(xiàn)接觸式和非接觸式的測(cè)量。

    如何抑制高速運(yùn)動(dòng)和加減速時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，提高測(cè)量機(jī)的可靠性，也是人們關(guān)注的問題。各公司在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，均盡可能提高測(cè)量機(jī)的剛性和采用高水平的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，以減輕測(cè)量過程中的振動(dòng)。

    目前，在測(cè)量?jī)x器制造業(yè)中，各方面均占有很大優(yōu)勢(shì)的三豐公司（Mitutoyo）、德國(guó)卡爾蔡司+東京精密及海克斯康集團(tuán)（Leitz、Brown&sharpe、DEA、Tesa、Sheffield及其他）形成了三大巨頭鼎立態(tài)勢(shì)。當(dāng)然，還有一些公司分別以其獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)，盡可能開展一些有別于同行企業(yè)的營(yíng)銷戰(zhàn)略。譬如阿卡西公司就特別重視抑制振動(dòng)的技術(shù)，為了滿足用戶對(duì)高靈敏度、高分辨力振動(dòng)消除器的需求，該公司將進(jìn)一步擴(kuò)大多種振動(dòng)消除器系列產(chǎn)品的銷售業(yè)務(wù)。大塞公司是一家自動(dòng)測(cè)量檢測(cè)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，該公司將根據(jù)市場(chǎng)需求變化及不同用戶的特殊需要，開發(fā)出新的軟件技術(shù)，以滿足用戶的需求。

更高精度要求的應(yīng)對(duì)和競(jìng)爭(zhēng)

    目前，尺寸精度已經(jīng)由單純的長(zhǎng)度測(cè)量進(jìn)入了綜合的形狀測(cè)量階段。隨著制品不斷向高精度和高質(zhì)量化發(fā)展，對(duì)測(cè)量技術(shù)也提出了更嚴(yán)格的要求。

    作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)的測(cè)量尺領(lǐng)域內(nèi)，一方面長(zhǎng)度增加和高分辨力是發(fā)展的趨勢(shì)，而對(duì)應(yīng)于按順序?qū)ξ⒓?xì)刻劃線技術(shù)的增量式測(cè)量，已經(jīng)開發(fā)出不計(jì)數(shù)就能檢測(cè)出測(cè)量尺位置的絕對(duì)式測(cè)量尺。索尼公司已開發(fā)出短波長(zhǎng)磁尺，牌號(hào)為SR33/34，并已作為商品投放市場(chǎng)，這種刻度尺采用高密度磁性材料，抗環(huán)境干擾性優(yōu)異，操作方便，采用屏蔽式結(jié)構(gòu)，響應(yīng)速度為150m/min。

    用于角度測(cè)量的圓編碼器（角度傳感器）也已開發(fā)出可進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量的新產(chǎn)品。如海登海因公司已開發(fā)出可檢測(cè)絕對(duì)位置角度的絕對(duì)測(cè)量型圓編碼器RCN827，其特點(diǎn)是：①采用φ100mm大口徑中空軸；②外表設(shè)有油槽，可排除冷卻潤(rùn)滑液；③配有自共振頻率范圍廣的軟件，可控制性能良好；④最高操作速度300rpm；⑤最小分辨力為27bit/r。

    為了滿足設(shè)備小型化的測(cè)量要求，西鐵城鐘表公司開發(fā)出30×16.5mm極小尺寸的長(zhǎng)編碼器測(cè)量單元，最小讀數(shù)1μm，量程3mm。

    在齒輪測(cè)量方面，對(duì)形狀精度要求極為嚴(yán)格，大阪精密機(jī)械公司開發(fā)出一種高精度齒輪測(cè)量?jī)xMGL－26（見圖1），其特點(diǎn)是：①采用高精度激光位置檢測(cè)傳感器，可精密測(cè)量出齒面形狀；②可自動(dòng)計(jì)算出誤差值；③由于采用激光測(cè)量，可避免過去測(cè)量機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的振動(dòng)；④測(cè)量重復(fù)精度0.3μm，最小分辨力達(dá)1nm。

     在軸類工件測(cè)量方面，已開發(fā)出采用CCD陣列傳感器的非接觸測(cè)量技術(shù)，可在數(shù)10s時(shí)間內(nèi)，測(cè)量出旋轉(zhuǎn)軸的長(zhǎng)度、直徑、同軸度、圓度、重直度及跳動(dòng)等多種數(shù)據(jù)。如Tesa公司開發(fā)出一種CNC非接觸式軸類零件測(cè)量?jī)xTESASCAN，其測(cè)量精度為2+0.01Dμm（D為被測(cè)量件的直徑）。

微細(xì)、小型零件的測(cè)量不斷增多

    在圓度、圓柱度測(cè)量?jī)x方面，對(duì)其測(cè)量精度的要求進(jìn)一步提高，尤其是隨著微小孔和微細(xì)零件測(cè)量需求的增多，各公司相繼開發(fā)出能夠滿足高精度測(cè)量指標(biāo)的產(chǎn)品。

    Taylor Hobson公司開發(fā)出一種全自動(dòng)圓度測(cè)量?jī)xTalyrond295，其特點(diǎn)是：①依靠高速調(diào)同心和調(diào)水平機(jī)構(gòu)，工件能很容易的迅速調(diào)整安裝。由于工件和儀器發(fā)生干涉的可能性小，測(cè)量范圍廣；②采用新開發(fā)的可動(dòng)防振臺(tái)、防風(fēng)罩，測(cè)量精度穩(wěn)定；③在機(jī)器校正方面，已獲得英國(guó)UKAS（英國(guó)檢測(cè)協(xié)會(huì)）的檢測(cè)鑒定保證書規(guī)定的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，便于用戶購(gòu)置該機(jī)后，進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)；④配有高速找正機(jī)構(gòu)及水平測(cè)量器，工件可快速定位進(jìn)行測(cè)量。該公司負(fù)責(zé)人指出：“目前，圓度測(cè)量?jī)x和表面粗糙度檢查儀雖已制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但只能在表面質(zhì)量和圓度精度測(cè)量方面滿足用戶的需要。隨著自動(dòng)化的迅速進(jìn)展，廣大用戶要求快速測(cè)量工件的整體形狀精度，這已成為該領(lǐng)域近期的發(fā)展趨勢(shì)。”“該領(lǐng)域目前正由接觸式測(cè)量向非接觸測(cè)量過渡，Taylor Hobson公司開發(fā)出一種綜合測(cè)量?jī)xCLI 2000，可在大范圍（□200mm）采用接觸式和非接觸式兩種方式進(jìn)行測(cè)量。公司還銷售一種與超精密鏡面加工機(jī)床NANOFORM850（納米級(jí)）配套的測(cè)量?jī)x，目前，公司正以超精密測(cè)量技術(shù)為戰(zhàn)略性開發(fā)方向。”

    在表面粗糙度測(cè)量方面，各公司已開發(fā)出能一次將表面粗糙度和輪廓形狀檢測(cè)出來的表面形狀測(cè)量?jī)x。如三豐公司的CS-5000CNC，可自動(dòng)測(cè)量工件的表面形狀，而且可同時(shí)對(duì)多個(gè)同一類型或不同類型工件進(jìn)行測(cè)量。東京精密公司開發(fā)出一種牌號(hào)為SURFCOM 2000 DX的測(cè)量?jī)x，驅(qū)動(dòng)部分采用直線電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)高速驅(qū)動(dòng)，測(cè)量精度和測(cè)量效率均大幅度提高。

    激光測(cè)量系統(tǒng)方面，雷尼肖公司開發(fā)的ML 10測(cè)量系統(tǒng)適用于機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)，可保持很高的可靠性，定位精度為±0.7ppm（0～40℃條件下），分辨力為0.001μm，可用于超精密測(cè)量領(lǐng)域。東京貿(mào)易技術(shù)系統(tǒng)公司的Leica激光跟蹤儀，利用激光線性光傳感器進(jìn)行非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍的半徑達(dá)40m，測(cè)量精度為25μm/2.5m。

    在圖像測(cè)量系統(tǒng)方面，三豐公司開發(fā)出一種快速掃描系統(tǒng)Quick vision，它可以不停止地進(jìn)行高速圖像測(cè)量，測(cè)量效率比過去提高數(shù)倍。YKT公司開發(fā)出的顯微攝像系統(tǒng)，是在美國(guó)OGP公司生產(chǎn)的直接錄像顯微鏡（VDM）上使用配置光纖光源的EDF鏡片，能顯示出大深度小孔和看不見的被測(cè)物體，獲得彩色三維圖像。

接觸和非接觸測(cè)量的優(yōu)劣之爭(zhēng)

    三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是形狀測(cè)量的主導(dǎo)產(chǎn)品，目前，三坐標(biāo)測(cè)量正在開發(fā)能夠適應(yīng)測(cè)量環(huán)境變化的新機(jī)種，這種新型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在保持原有精密測(cè)量性能的前提下，可以離開恒溫恒濕的測(cè)量室，在機(jī)械加工現(xiàn)場(chǎng)或裝配到機(jī)床上使用。例如三豐公司開發(fā)的新產(chǎn)品MACH－V9106，便是一種可進(jìn)行在線測(cè)量的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它具有很高的測(cè)量效率，最大移動(dòng)速度866mm/s，最大加速度0.86G，指示誤差E=2.5+3L/1000μm。該測(cè)量機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性能十分優(yōu)異，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品帶有溫度補(bǔ)償功能，可在15～35℃環(huán)境條件下使用。

    東京精密公司開發(fā)出一種能適應(yīng)環(huán)境變化的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)GageMax（與卡爾蔡司公司合作生產(chǎn)），它不需要專用檢測(cè)室即可進(jìn)行高精度測(cè)量。GageMax為懸臂式測(cè)量機(jī)，所需安置面積較小，可實(shí)時(shí)處理生產(chǎn)線上反饋的信息，為了補(bǔ)償工件溫度變化，測(cè)量機(jī)配有相應(yīng)的溫度傳感器，在15～40℃的環(huán)境條件，可保證獲得良好的測(cè)量精度。

    DEA開發(fā)出了DCC GAGE 等CNC三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，并已正式投放市場(chǎng)。這種測(cè)量機(jī)采用獨(dú)立的二段減速系統(tǒng)，可進(jìn)行高速測(cè)量，移動(dòng)速度305mm/s，加速度為290mm/s2。

   目前，在幾何參數(shù)測(cè)量方面，由于精度要求和傳統(tǒng)操作習(xí)慣的緣故，測(cè)量時(shí)大都使用接觸傳感器。不過，隨著非接觸式傳感器品種的增多，非接觸式測(cè)量的范圍正在不斷擴(kuò)大。非接觸傳感器的測(cè)量效率非常高，如在自由曲面整體評(píng)價(jià)或厚度判斷、反求工程等領(lǐng)域的測(cè)量中，可快速連續(xù)獲得由數(shù)萬(wàn)個(gè)點(diǎn)形成的點(diǎn)陣參數(shù)。工件形狀變得復(fù)雜時(shí)，非接觸傳感器的姿態(tài)也將隨之相應(yīng)改變。因此，采用按編程可自動(dòng)改變測(cè)量形式進(jìn)行精密測(cè)量的三坐標(biāo)測(cè)量方式，對(duì)提高測(cè)量效果將更為有利。

    接觸式和非接觸式測(cè)量方法孰優(yōu)孰次，是測(cè)量技術(shù)行業(yè)長(zhǎng)期議論的話題。有關(guān)人士指出：“近來，非接觸式測(cè)量雖已逐漸成為主流，但要獲得高度精確的測(cè)量值，則仍需進(jìn)行接觸測(cè)量。非接觸式測(cè)量速度快，可減輕對(duì)工件的損傷，與接觸式測(cè)量相比較，優(yōu)點(diǎn)很多。但在測(cè)量精度和穩(wěn)定性方面，接觸式測(cè)量仍高出一籌。接觸式測(cè)量是測(cè)頭與工件表面的某一個(gè)點(diǎn)接觸進(jìn)行測(cè)量，沿著工件形狀進(jìn)行掃描，可在短時(shí)間內(nèi)高密度地獲得大量點(diǎn)數(shù)，測(cè)量點(diǎn)數(shù)越多，越能獲得更為正確的形狀參數(shù)。”

測(cè)量技術(shù)的展望

    通過問卷調(diào)查，測(cè)量機(jī)用戶的需求動(dòng)向和測(cè)量技術(shù)的發(fā)展前景可歸納如下：

    （1）“隨著防振要求的提高，測(cè)量機(jī)正向兩極分化的方向發(fā)展，面向汽車行業(yè)用戶的測(cè)量機(jī)，通常均為價(jià)格較便宜（不需要很高精度）的機(jī)種，另一類則是用于設(shè)備檢測(cè)、防災(zāi)、防震領(lǐng)域的高靈敏度機(jī)種。根據(jù)不同的用途，要求開發(fā)相應(yīng)的最佳測(cè)量技術(shù)。”（阿卡西公司）

    （2）“刀具預(yù)調(diào)測(cè)量?jī)x，目前正由投影儀類型向監(jiān)測(cè)器類型轉(zhuǎn)變。”（大阪工機(jī)公司）“儀表校正等精密工具的測(cè)量需求增多。”（柯靈斯公司）

    （3）“特殊零件的測(cè)量增多，這些零件采用接觸式測(cè)量時(shí)，往往會(huì)因測(cè)量力而變形；采用非接觸式測(cè)量又易出現(xiàn)精度不穩(wěn)定，因此，需要開發(fā)新型測(cè)量技術(shù)。”（西鐵城鐘表公司）

    （4）“市場(chǎng)需要易于操作的非接觸式測(cè)量技術(shù)。”（FARO日本公司）“測(cè)量技術(shù)應(yīng)便于操作，且具有多種功能。同時(shí)，應(yīng)配裝千分尺和個(gè)人計(jì)算機(jī)等裝置，提高測(cè)量機(jī)的附加值。”（大塞公司）

    （5）“用戶希望開發(fā)出高精度、高速、低價(jià)格的齒輪測(cè)量機(jī)。”（大阪精密機(jī)械公司）

    （6）“汽車行業(yè)存在著減少最終集中測(cè)試的趨勢(shì)。主動(dòng)檢測(cè)和在線（序后）檢測(cè)等在加工中得到推廣應(yīng)用。其中，在保證質(zhì)量方面，許多用戶希望測(cè)量技術(shù)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。”（日本電氣）

    如上所述，測(cè)量技術(shù)的主攻方面仍然是進(jìn)一步提高測(cè)量精度；同時(shí)，人們對(duì)測(cè)量技術(shù)的重要性和存在價(jià)值的認(rèn)識(shí)應(yīng)大幅度提高，這是測(cè)量技術(shù)今后不斷發(fā)展的巨大推動(dòng)力。