机械制造领域测量技术的发展应用分析

贺怀君

河钢集团唐钢公司

机械制造领域测量技术的发展应用分析

贺怀君

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测量技术在机械制造领域中的应用，可以说是机械科学研究的“眼镜”，测量技术经过不断完善和创新，已经不再局限于以往的检测功能。在一些性能较高的机械设备制造中，测量技术耗费的成本逐渐占据机械设备总成本的1/3，从中不难看出，在机械制造过程中，测量技术主要是了解生产情况，以及制造生产活动有序开展的手段。通过两者的有机整合，才能更好的促进行业发展，为社会经济发展做出更大的贡献。由此看来，加强对机械制造领域测量技术的研究是十分有必要的，对于后续理论研究以及实践工作开展具有一定参考价值。

机械制造；测量技术；发展应用

1 先进测量技术的研究

1.1 双目视觉测量技术

双目视觉是模拟人类视觉原理，使用计算机被动感知距离的一种测量方法。从两个点观察一个物体，获取不同视角下的图像，根据图像之间像素的匹配关系，通过三角测量原理计算出像素之间的偏移获取物体三维信息。

双目视觉的关键技术在于双目相机标定、特征点提取和立体匹配。双目相机需要对单相机进行标定，以确定其畸变系数、相机内参矩阵等。然后利用已知世界坐标系(标定板)和图像坐标系(对标定板图像处理后结果)的对应关系，计算出双目相机在当前位置关系下的参数信息。特征检测需要将物体特征分割出来，通过点云匹配和三角计算得到物体的三维坐标，然后进行各种几何形貌的测量。其广泛应用于机器人导航、3D场景重建、逆向工程测量和复杂形貌测量。

1.2 白光干涉测量技术

与激光干涉测量技术相比，白光干涉测量技术(white light interferometry WLI)能够以极高的轴向分辨率实现并行光学层析测量。其基本原理是：来自光源的光经过分光镜后分成两束，一束被参考面反射，另一束被待测表面反射，两束光最终在探测面会聚干涉，显微镜将待测件表面的形貌起伏转化为干涉条纹信号，通过对干涉条纹提取重构待测表面的三维形貌。

普通相移干涉测量，要求表面形貌起伏变化小于 1/4 波长，因此为了克服相位不确定性问题，需要进行相位解包裹等，而白光干涉测量法从内在原理上克服了普通干涉显微技术相位不确定性问题。白光干涉测量技术是一种重要的光学测量方法，可用于光纤传感技术、光纤色散测量、表面形貌测量、膜厚测量、精确定位等。

2 机械制造领域测量技术的发展应用分析

2.1 多测量系统集成与数据融合

通过多测量系统的集成应用，可以对装配过程中各部件进行全方位一次测量，包括隐藏点和难测的关键点等，减少测量盲区、提高测量效率、降低测量误差，从而保证装配质量。面向柔性装配的多测量系统集成应用框架，给出了多源异构测量数据融合技术及坐标转换技术和基于滤波的融合算法。多数字化测量系统协同进行飞机数字化测量，给出了多传感器融合的测量网络构建方法。多测量系统集成应用以数字化测量设备为基础，以高效率、高精度的装配过程数据采集与反馈为目的，着重分析多测量系统测量过程的协同、多源异构测量数据的融合。

不同数字化测量系统数据采集准则、数据格式等不一样。以基于模型的统一测量数据集表示与互操作为基础，首先应实现数字化测量系统测量过程的协同，主要包括测量系统的建模、仿真与布局优化，测量工艺过程规划、仿真与优化。其次，应实现多测量系统的测量数据融合。在多种数字化测量系统协同工作时，共同构建的数字化测量场将产生多源、异构数据，且在不稳定状态下测量时，易产生坏点、无效的数据。再次，对测量系统不确定度进行分析，并构建测量系统工艺能力知识库，为测量系统测量过程协调与数据融合提供支撑。最后，实现测量辅助装配的姿态控制。

2.2 扭矩测量流程

2.2.1 传感器供电

信号供电部分采用了变压器的原理，在测量轴处安装了原边线圈和副边线圈，原边线圈通过轴承与轴上的副边线圈连接安装，相当于“发电机”的定子，副边线圈在轴上或者轴内随轴转动，相当于“发电机”的转子，定子和转子相对运动产生电势，从而给应变片传感器供电。

2.2.2 扭矩信号的采集

旋转扭矩传感器测量采用应变电测技术。在弹性轴上粘贴应变计组成测量电桥，当弹性轴受扭矩产生微小变形后引起电桥电阻值变化，应变电桥电阻的变化转变为电信号的变化从而实现扭矩测量。传感器由弹性轴、测量电桥，仪器用放大器、接口电路组成。弹性轴是敏感元件，在45度和135度的方向上产生最大压应力和拉应力，这个时候承受的主应力和剪应力相等，测量电桥可以采用半导体电阻应变片，并将它们接成差动全桥，其输出电压正比于扭转轴所受的扭矩。

2.2.3 扭矩信号的发送

目前常见的扭矩信号传输方式有有线传输和无线传输两种。无线传输近年来在非接触式扭矩测量系统得到了应用。其测量原理是：传动轴上的机械应变引起贴在该轴上的应变片的电阻发生变化，使电桥失去平衡。运用频率调制的原理，通过非接触的方式，把信号由发送器发射出去。射频和红外是无线传输的两种形式。例如，由于空间限制，混合动力推土机的扭矩测量采用的就是无线传输的方式。

机械制造中的重要组成部分包括测量技术，为了适应机械制造领域的飞速发展，人们对测量技术的要求也不断提高。人们必须着眼于先进的国际测量技术发展，找到我国机械制造领域中测量技术的发展方向，积极研发出更加完美的测量技术。

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[2] 石志伟.简述机械制造领域测量技术的发展方向[J].黑龙江科技信息，2012，(18).

[3] 邸桂芹.关于机械制造领域测量技术的发展研究[J].科技创业家，2012，(15).