在机测量技术现状与发展趋势

李寿麟

摘要： 本文通过对现代制造领域测量技术的研究，提出了与复杂曲面加工联系密切的在机测量技术，并从在机测量种类的角度，对现有各种在机测量技术的不足和未来发展方向进行了简要的阐述，旨在突破现有技术的瓶颈，研究开发出新的在机测量技术。

关键词： 在机测量； 测量方式； 技术现状

在机测量和普通三坐标测量不同，它能够按实时来测量相关数据，省去了二次测量时的重复定位和装夹等工序，此外，在机测量还能把测量结果作为误差补偿的数据来源，做到生产和检测一体化模式，提高了生产的速度、加工的效率和加工的精度，同时还降低了次品率，这些都可以降低企业的生产成本。本文通过对在机测量类别的研究，对我国不同种的在机测量方式进行了综合的概述。将各种测量方式的技术和应用场所做对比，点明当前技术水平的不足之处，寻找在机测量的发展方向，以期能夠促进在机测量新技术的产生。

1 在机测量及其分类

在机测量，是指将机床硬件作为载体，再通过机床测头、3D测量软件等相应的软硬件测量工具，在机床上对零件进行形状特征测量的一种方式。在机测量不仅可以测量工件的大小和精度，还能够进行工具破损的检测、机床状态的检测、工件的修正检测和误差补偿等，这些作用十分有利于提高工件的加工精度和建造闭环的加工系统，特别是对一些复杂的曲面工件来说，工件形状结构越复杂，对精度的要求越高，在机测量的优势就越能发挥出来。根据测量的方式的不同，我们可以将在机测量分为三种：接触式测量、非接触式测量、复合式测量。复合式测量其实是接触式测量和非接触式测量中任意两种或两种以上的测头相结合，将不同侧头的性能合理的混合发挥出来，放大它们的优势，以此取得更好的测量成果，这也是未来智能化测量发展的方向。

2 在机测量技术现状

在机测量技术在产品制造和构建高效生产环境过程中起到了相当大的作用。最近几年，以接触式和非接触式为基础测头的在机测量技术被广泛应用在现代工业领域中的各个行业。

2.1接触式

2.1.1触发式测量在国外的历史比较久，技术也较为成熟。这种测量方式，它的测头坐标位置是由位于加工中心的控制系统来进行锁定和储存，其精度由中心的定位精度来决定。所以，国内外学者在研究过程中，为了取得更高的精度，一般都是采用国外的加工中心和控制系统。触发式的在机测量测量效率可能不如人意，然而它的精度十分高，操作时只需要在测头触发的瞬间立刻锁定并储存测头的位置，就可以取得相当高的精度，当然，这也就对控制系统的运行速率和周期提出了相应的要求。

2.1.2 扫描式测量是基于触发式测量发展而来，它克服了触发式测量的不足，扫描式测量可以连续性测量，提升了测量的效率。然而，扫描式测量测出的坐标值是测头位移与机床位移之和，两者的误差之和作为整个测量结果的误差，因此，相较于触发式测量，扫描式测量在提高效率时降低了测量的精度。在对在机测量的调查当中，尽管扫描式测量的侧头扫描效率不如非接触式，然而在超精密加工当中接触的扫描是测量方法十分受企业的欢迎，它的轮廓精度可以停留在亚微米级别，此外，它还可以检测刀具破损和机床产生的误差，对这些误差也具有一定的补偿功能，要是其他测量方式无法做到的。

2.2非接触式

2.2.1激光测量方式在非接触式测量中算是相对较为成熟的一种，同时，激光扫描法在三坐标测量机上的技术也能很方便的应用到在机测量当中。

2.2.2 三维视觉测量法因其实用性强、分辨率高、非接触等特点，成为了三维形貌测量领域的重点方向，被公认为是最有前途的三维形貌测量方式。视觉在机测量技术由于技术相对复杂，加之起步晚，使得其目前的技术水平较为落后，因此，对于视觉在机测量与加工控制系统的结合与应用还需进行研究。

2.2.3超声测量在实际中已得到较为广泛的应用，但和数控系统的结合是最近几年才出现的，这种新型测量系统的数据采集通过多个通讯接口与系统连接，按照实时的数据来调整测头位置，真正做到了测量加工于一体，加快了检测和修改的速度。

2.3复合式

复合式在机测量是一种多传感器与数控系统高度结合的测量方式，两者可以优势互补，提高测量的精密程度，使测量过程更加智能化。要将复合式在机测量运用到实际当中还是比较困难的，其测量所用到的方式也仅只有激光测量和接触测量，所以这种智能化的测量还停留在理论层面。

3 发展趋势

随着科技的发展，现在的制造业对制造零件的精度和效率有了更高的要求，使得机床测头精度和质量也在不断的提升，对零件的测量方法也从三坐标测量向在机测量过渡，今后，以在机测量为基础的大闭环CAD、CAM等系统将成为发展的主流方向。目前，国内外专家在这方面对在机测量进行了大量研究，然而大多过于局限，因此并没有做到测量速度和精度的统一。今后，伴随着高精度复杂曲面的应用，高效、高精度加工的大闭环的CAD、CAM集成系统是在机测量的发展方向，并实现以下特点：⑴通用性，无论曲面的复杂程度如何，测量系统都能够给出相应的规划，按照一定的顺序准确不是脚的进行高速测量。⑵集成性，今后的控制系统和测量软件不再需要通过各种接口实施对接和通过协议进行自我封闭，而是按照一定的规范进行接口的高度集成，以此来实现数据的传导与共享。⑶智能性，将各种传感器集成到测量系统当中，例如听觉、视觉、嗅觉等传感器，将这些传感器整合进测量系统，根据不同类型的数据，测量系统自动调整测量方案，实现智能化测量。⑷高速高精度性，测量系统不仅实现了加工的高速，数据采集上也实现高速化，在数控系统个周期中，测量系统通过更快的速度来收集数据。高精度则是取决于机床测头精度和加工中心精度，提高这两者的精度是未来加工和测量的主要方向。

参考文献：

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